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　　由于具有較高的放電比容量、較好的循環(huán)及熱穩(wěn)定性，新型高鎳三元正極材料的研發(fā)備受關(guān)注。“目前這類商業(yè)化的產(chǎn)品主要集中在鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰，然而傳統(tǒng)高鎳三元正極材料循環(huán)穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性較差，嚴重阻礙了產(chǎn)業(yè)化進程。”郭洪介紹，最新研究表明，高價態(tài)元素摻雜形成的新型高鎳正極材料，不但能很好地優(yōu)化一次晶粒的形貌，還能構(gòu)建結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且不影響鋰離子輸運的超晶格層，進而很好地消除二次顆粒在充放電過程中于內(nèi)部形成的微應(yīng)力，優(yōu)化鋰離子的遷移路徑，有效提高正極材料在充放電循環(huán)及熱失控過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

研究示意圖。云南大學(xué)材料與能源學(xué)院供圖

　　為此，郭洪教授團隊對材料的微觀結(jié)構(gòu)進行精確可控設(shè)計，并結(jié)合理論計算的方式，深入研究了不同元素摻雜能壘以及它們之間的競爭摻雜化學(xué)機制;采用密度泛函理論，計算分析表面鋰離子導(dǎo)體包覆層與基體之間的匹配度及相互作用機制。隨后組裝了以石墨為負極、新型高鎳三元正極材料為正極的液態(tài)全電池，并對材料循環(huán)穩(wěn)定性作了系統(tǒng)評估。

　　結(jié)果表明，研究團隊成功制備出亞表面具有超晶格、體相摻雜鈦、表面包覆鋰離子導(dǎo)體的鎳鈷鉬酸鋰高鎳(鎳含量高于90%)正極材料。其獨特的結(jié)構(gòu)特征，在實現(xiàn)正極材料長循環(huán)穩(wěn)定性方面具有多種功能，其中納米級包覆層抑制電解質(zhì)與正極材料之間的副反應(yīng)，抑制表面結(jié)構(gòu)從層狀到巖鹽相的重構(gòu);鈦摻雜增大鋰-氧層的層間距，增強金屬-氧鍵，提高電子電導(dǎo)率;超晶格結(jié)構(gòu)有效穩(wěn)定脫鋰態(tài)層狀結(jié)構(gòu)，抑制表面結(jié)構(gòu)從層狀到巖鹽相的重構(gòu)。

　　“這一創(chuàng)新合成策略，也適用于其他新型高鎳正極材料的開發(fā)，為制備成本更低、循環(huán)穩(wěn)定性更好、能量密度更高的下一代鋰離子電池提供了新途徑。”郭洪說。