AEM：NCM811正极实现4.7V高压循环，比容量超过300 mAh/g！

在正极材料中，LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂(NMC811)因其约为200 mAh g^-1的容量和低Co含量而成为高性能锂离子电池讨论最多的材料。

瑞士联邦材料科学与技术研究所Abdessalem Aribia等证明了当与固态电解质结合时，NMC811每分子式单元可以可逆地容纳一个以上的锂离子，从而显著提高其容量（300 mAh g^-1）。

图1. 全固态电池的横截面及材料表征

锂-磷-氧氮化物(LiPON)被选为成熟的固态电解质，因为它与高压NMC811正极和锂金属相容。此外，由于其无定形性质，LiPON可以补偿正极体积变化，这与富锂正极材料结合使用非常重要。

另外，为了阐明界面的反应性，这里采用了薄膜模型系统。与传统电池几何形状相比，薄膜配置的主要优势在于正极中既不存在导电添加剂，也不存在粘结剂。因此，薄膜系统降低了复杂性并直接访问了隔离的正极-电解质界面，使其成为探索界面现象的有吸引力的选择。鉴于此，作者开发了磁控溅射富锂NMC811薄膜工艺。

图2. NMC811固态电池的首次充放电曲线及dQ/dV曲线

通过在1.5至 4.7 V 的不同电压窗口中循环富锂NMC811，作者发现LiPON固态电解质稳定有助于稳定电极-电解质界面并防止容量衰减、电压衰减和界面电阻增长，从而允许在1.5-4.7 V的扩展电压范围内循环。

此外，研究显示，接近3.0 V以下的电势会使放电容量增加一倍以上，而将电势提高到 4.3 V 以上主要会加速正极退化，而不会增加放电容量。结果，在1.5-4.3 V之间，电池可以在4 C下循环超过1000次，循环寿命为904次（剩余初始容量的80%），初始容量为149 mAh g^-1。

相比之下，如果使用液态电解质，富锂NMC811电池在前几个循环后会退化。总之，LiPON模型电解质上富锂NMC811正极的这些结果突出了重新评估层状氧化物正极材料在与稳定的固态电解质耦合时的潜力重要性。

图3. 循环性能研究

Unlocking Stable Multi-Electron Cycling in NMC811 Thin-Films between 1.5 – 4.7 V. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202201750