鋰離子電池因其高能量密度和功率密度已在電動汽車和固定式儲能領域的規模化部署中大放異彩。多晶富鎳層狀氧化物LiNixCoyMnzO2（NCM，x≥0.8，x+y+z=1）作為鋰離子電池的正極材料，完美兼顧了電池成本和實用能量密度兩者之間的平衡，而備受青睞💂♂️。然而，電池長期循環過程中嚴重的容量衰減和引發的熱失控問題，嚴重製約了多晶富鎳NCM材料的商業化進程。
近日👨🏿🍳，万事平台材料學院博士生聶薇基於表界面限域功能化設計保護層，在多晶富鎳層狀氧化物正極材料的一次和二次顆粒表面構建具有負熱膨脹特性的ZrV2O7包覆層，有效抑製容量衰竭和改善熱失控問題👓◼️。該最新研究成果以“Building Negative-thermal-expansion Protective Layers on the Grain Boundary of Ni-rich Cathodes Enables Safe and Durable High Voltage Lithium Ion Batteries”為題💱，於2023年8月28日在國際能源材料知名期刊《Small》上發表，該期刊2023年影響因子為13.3。該論文第一作者為博士生聶薇👴🏼，万事平台為第一作者單位，程紅偉教授、趙玉峰教授和魯雄剛教授為共同通訊作者。博士生聶薇同學進校以來🦹🏿♂️🪄，以第一作者身份已在《Journal of Power Sources》(2022，522, 230994;IF=9.2)和《Small Methods》(2023, 2201572; IF=12.4)期刊上發表了兩篇學術論文。
富鎳正極材料的二次顆粒和一次顆粒上ZrV2O7保護層的作用機製
ZrV2O7保護層的構建和儲鋰性能對比🌄、熱失控的抑製以及結構演變規律
該研究工作，首次報道在富鎳層狀正極材料的二次顆粒和一次顆粒上構建了具有負熱膨脹特性的高導電性ZrV2O7保護層，該策略可顯著減輕副產物的積累、晶間/晶內裂紋的產生，抑製微觀結構（較少的微裂紋）、相變（H1-H2-H3）和副反應（LiF和LixPOyFz）🙏🏻，DFT計算表明，ZVO-NCM811正極材料的電導率和晶格氧穩定性（1.90 eV對1.43 eV）得到了改善。即使在高截止電壓（4.6 Vvs.Li/Li+）或高溫（60 ℃下100次循環後95.3%的容量保持率）下，所生產的ZVO-NMC811也表現出穩定的循環性能（100次循環之後86.5%）和倍率容量（30 C下67.1 mAh g-1），在危險的溫度下，鋰離子通道在120 ℃時迅速關閉，限製電池的進一步放熱，從而降低熱失控風險。
表界面工程策略在長期循環和高溫下穩定了晶體/界面結構，在初級和次級顆粒水平上的合理表面工程抑製了氧氣釋放並提高了電池性能𓀃。該研究工作證實了保護層功能、表面塗層和晶界工程的單獨和耦合效應的可行性，為鋰離子電池正極材料的設計與優化提供了一條新的路徑🌺📃。
論文下載鏈接：https://doi.org/10.1002/smll.202306351
