​肖杰EnSM：通过先进锂离子电池的纳米级相分离实现富镍正极的单晶生长和偏析

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​肖杰EnSM：通过先进锂离子电池的纳米级相分离实现富镍正极的单晶生长和偏析
富镍正极材料，如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（NMC811），由于其高能量密度而有助于提高下一代锂电池的电池能量。然而，NMC811及以上材料存在一些问题，如对湿气敏感、裂纹和产生气体，这些问题阻碍了其在电动汽车电池中的大规模应用。
​肖杰EnSM：通过先进锂离子电池的纳米级相分离实现富镍正极的单晶生长和偏析
在此，美国西太平洋国家实验室肖杰研究团队探索了一种纳米级相分离方法，用于合成高性能单晶NMC811，该方法适用于工业制造。关键在于将具有良好形态的过渡金属氢氧化物（TM(OH)2）前体转化为过渡金属氧化物（TMO）中间体，然后再与锂盐反应。由于尖晶石和岩盐相同时形成，TMO中Ni的纳米级重新分布有助于分散后期形成NMC811晶体团簇。
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图1. 材料结构表征
总之，本工作通过可扩展的固态方法，实现了一种合成单晶NMC811的新方法。TM(OH)2的分解导致TMO的形成，与LiOH反应后有助于单晶NMC811的生长。使用较小的TM(OH)2前体可以更好地控制颗粒尺寸，并减少单晶之间的团聚。
直接合成单晶NMC811为大规模制备先进锂电池的单晶正极材料提供了一个新的方向，为解决富镍正极材料制造的挑战提供了更具成本效益的解决方案。
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图2. 在锂离子软包电池中验证了合成的单晶NMC811
Simultaneous Single Crystal Growth and Segregation of Ni-Rich Cathode Enabled by Nanoscale Phase Separation for Advanced Lithium-Ion Batteries Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102947

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