Arumugam Manthiram教授AEM: 不含钴、锰的长寿命高镍层状氧化物正极

由于对高能量密度锂离子电池的需求不断增长，高镍层状氧化物如LiNi_1-x-yMn_xCo_yO₂和LiNi_1-x-yCo_xAl_yO₂正极受到越来越多的关注。

然而，其中钴和锰的存在引发了多个问题，包括高成本、高毒性、快速表面劣化和严重的过渡金属溶解。

为此，美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授等人报道了一种不含Co、Mn的超高镍LiNi_0.93Al_0.05Ti_0.01Mg_0.01O₂ (NATM) 正极材料，并以含钴正极LiNi_0.94Co_0.06O₂ (NC) 和最先进的含锰正极LiNi_0.90Mn_0.05Co_0.05O₂ (NMC)为对比进行了研究。

与NC和NMC正极相比，NATM表现出优异的电化学性能、结构稳定性和改进的热稳定性，NATM能够提供221 mAh g^-1的有吸引力的放电容量，在软包全电池中经过800次深度循环后，容量保持率高达82%。

图1. NC、NMC和NATM正极的电化学性能

研究表明，富含Ti的表面以及作为NATM中稳定离子的铝和镁不仅可以改善与电解液的不良副反应，还可以减轻石墨负极上的过渡金属溶解和活性锂损失。因此，与NATM配对的石墨负极在广泛循环后显示出超薄（≈8 nm）、单层负极-电解质相间结构。

此外，NATM显示出显著增强的热稳定性，放热温度升高（NATM为213 °C，而NC和NMC分别为180和190 °C），并且放热量显著减少。这项工作阐明了在锂基电池中采用低成本、长使用寿命的超高镍含量正极的合理组成设计。

图2. 三种正极材料的热稳定性对比

A Cobalt- and Manganese-Free High-Nickel Layered Oxide Cathode for Long-Life, Safer Lithium-Ion Batteries, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102421

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Arumugam Manthiram教授AEM: 不含钴、锰的长寿命高镍层状氧化物正极

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