【背景】
富镍层状氧化物材料被认为是锂离子电池非常有前途的正极材料。然而，它们在实际应用过程中面临容量损失和界面不稳定性的挑战，这主要是在循环过程中存在机械和化学失效的问题。探索提升性能的方法，对于实现锂离子电池的高能量密度和长循环寿命至关重要。
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近日，来自燕山大学的黄建宇教授与唐永福教授团队与华中科技大学杨辉教授（共同通讯作者）等人，深入研究了铌 (Nb) 掺杂对富镍正极材料机械和化学稳定性的影响。通过引入高价Nb元素实现机械-化学耦合调控，提高了富镍正极材料的容量和循环寿命。
【研究总结】 铌元素的掺杂能够细化二次晶粒，达到类似于陶瓷的“晶粒细化”效果，同时进一步稳定晶粒边界。掺杂Nb元素后的NCM811晶粒间融合结构有效地消除了深度脱锂状态下的晶格应变，抑制了氧损失，并防止了循环过程中导致断裂的裂纹。此外，Nb元素掺杂在相变过程中稳定了单斜相，并促进了循环后高稳定性尖晶石孪晶界的形成。这有效降低了锂扩散势垒，从而提高了可逆比容量和倍率性能。 同时Nb元素对晶粒晶体学取向的调控作用，使NCM811-0.5Nb颗粒的取向差有所降低，从而形成更均匀的锂浓度分布。这种改善的锂浓度均匀性可有效缓解晶界失配应力，减轻颗粒损伤，最终提升NCM811-0.5Nb颗粒的循环稳定性。 在该工作中系统阐释了Nb掺杂提升富镍层状氧化物容量与稳定性的作用机制，揭示了通过Nb掺杂实现机械-化学双重稳定策略在提高富镍正极材料容量和寿命方面具有巨大潜力。 论文信息 Mechanically and Chemically Co-Robust Ni-Rich Cathodes with Ultrahigh Capacity and Prolonged Cycle Life Bo Wang, Kuo Li, Ge Xu, Zihan Zhang, Xinxin Wang, Jun Sun, Yijun Song, Xuedong Zhang, Yali Liang Dejie Kong, Yuan Qiu, Qipeng Teng, Xin Cui, Jingzhao Chen, Jun Zhao, Jing Wang, Hui Yang, Jianyu Huang, Yongfu Tang Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202502725
