​崔光磊Angew：直接观察富锂正极纳米级相分离引起的锂离子传输异质性

具有高比容量的富锂层状氧化物（LLO）正极材料可以显著提高全固态锂电池（ASSLBs）的能量密度。然而，由于初始活化不佳，LLO材料在ASSLBs中的实际比容量极低。

中科院青岛生物能源与过程研究所崔光磊等首次采用具有原位微分相差成像的扫描透射电子显微镜来研究Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂的初始活化机制。

图1. LLO的HAADF-STEM图像

结合STEM图像和原位DPC结果，这项工作确认了LLO中Li₂MnO₃和LiTMO₂相的共存。由于纳米级Li₂MnO₃和LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂相的共存，在LLO晶粒和 LLO/Li₆PS₅Cl界面上观察到锂离子传输不均匀性。因此，在第一次充电期间Li₂MnO₃的活化受到严重限制，这可归因于LLO中的纳米级相分离阻碍了锂离子通过其颗粒的传输，并导致Li₂MnO₃ /Li₆PS₅Cl界面的高阻抗。

图2. Pt/LLO/LPSCl/Pt的原位电荷密度分布表征

此外，ASSLBs和液体电池中LLO的电化学性能比较表明，由于正极材料/固态电解质界面的高阻抗和固态电解质的低离子传导性，Li₂MnO₃的活化在ASSLBs中受到了更严重的限制。

该研究对富锂材料的内在结构和异质锂离子传输动力学有了基本的了解，对ASSLBs中Li₂MnO₃相的急剧约束性激活提出了一些新的观点。这项研究将为合理设计纳米级结构和正极/电解质界面提供指导，以充分释放ASSLBs中富锂材料的高能量密度。

图3. LLO正极的电化学性能

Direct Observation of Li-Ion Transport Heterogeneity Induced by Nanoscale Phase Separation in Li-rich Cathodes of Solid-State Batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202209626