西南大学徐茂文/包淑娟Nano Energy：梯度掺杂加速单晶NCM811氧化还原动力学

富镍层状正极是锂离子电池的前沿候选；然而，多晶中的晶内开裂和相变等结构退化将研究人员的注意力集中在单晶上。但是单晶中缓慢的离子传输和氧化还原动力学阻碍了它们在恶劣条件下的倍率性能和电化学性能。

西南大学徐茂文、包淑娟等设计了一种通过铌梯度掺杂对单晶LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂进行原位改性的策略，以提高恶劣条件下的电化学性能。

图1 材料表征

Nb⁵⁺的大离子半径（0.64 Å）拉长了c轴，提高了Li⁺的电导率，更强的Nb-O保留了表面氧，稳定了层状结构。此外，Nb⁵⁺的高价态能够将Ni³⁺还原为Ni²⁺，从而诱导Li/Ni反位迁移，进而在表面形成无序的缓冲层。因此，梯度Nb改性的协同作用有效地抑制了相变、微裂纹的产生和c轴收缩，促进了Li⁺的传输。

图2 电化学性能

因此，改性单晶(SNCM@Nb-2)在2.7-4.3 V@25 °C的1C条件下提供了92.54%（100次循环）和80.65%（200次循环）的出色容量保持率。在Nb改性后，Li⁺ 的快速扩散动力学表现出显著增强的倍率性能，在5 C容量保留率为85.5%。

此外，在高压(4.5 V)运行下，SNCM@Nb-2的初始放电容量为285.2 mAh g^-1，经过100次循环后容量保留率为79.8%。因此，这项研究为单晶富镍正极在恶劣运行条件下动力学性能不足提供了进步。

图3 长循环期间SNCM中微裂纹产生的示意图以及SNCM@Nb-2抗HF攻击的稳健结构稳定性

Significantly fastened redox kinetics in single crystal layered oxide cathode by gradient doping. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.106961

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西南大学徐茂文/包淑娟Nano Energy：梯度掺杂加速单晶NCM811氧化还原动力学

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