近日，材料与能源学院（云南大学电镜中心）郭洪教授团队在国际期刊Angew. Chem. Int. Ed.（影响因子16.82）上发表一步法合成具有体相掺杂、亚表面超晶格和表面锂离子导体修饰的新型LiNi_0.9Co_0.09Mo_0.01O₂高镍正极材料最新进展“One-Step Calcination Realizing Bulk-Doped Surface-Modified Ni-Rich Cathodes with Superlattice for Long-Cycling LIBs”(https://doi.org/10.1002/anie.202300962)。云南大学为第一完成单位，孙勇疆博士后为论文第一作者，郭洪教授、Wetern University孙学良院士为共同通迅作者。

近些年来，高镍三元正极材料（Ni≥90%）由于具有较高的能量密度而受到了学术界和产业界的广泛研究。然而，其内部及表界面结构较差的稳定性严重阻碍了其产业化应用的进程。因此，整体设计和开发体相晶格及表界面协同调控策略是解决高镍正极材料高能量密度与长使用寿命和安全之间矛盾的重要手段。深入揭示晶格调控、表界面结构构筑及相关稳定机制，对提升高能量密度高镍三元正极材料的结构稳定性及促进其产业化应用的进程具有非常重要的意义。

针对传统体相掺杂及表界面包覆仍难以有效平衡高能量密度和高结构稳定性之间面临的严峻挑战，并结合前期的研究基础（Hong Guo*, et. al, Mater. Today, 2023,0.1016/j.mattod.2023.02.01, ACS Energy Lett., 2023, 8, 1629, Research, 2023, /10.34133/2022/9798582），郭洪教授团队通过一步法合成策略制备出了同时包含体相钛（Ti）掺杂、亚表面锂/镍（Li+/Ni²⁺）有序超晶格及表面包覆锂离子导体（Li2TiO3）的新型LiNi_0.9Co_0.09Mo_0.01O₂高镍三元正极材料。钛（Ti）掺杂提升材料内部金属－氧键键强和电子电导率的同时，可增大锂离子的迁移通道，有效提升正极材料的循环稳定性及倍率性能。锂/镍（Li+/Ni²⁺）有序超晶格层可以防止正极材料脱锂后层状结构的坍塌，进一步提升结构的稳定性。而表面钛酸锂（Li₂TiO₃）锂离子导体包覆层不仅可以改善正极材料的空气稳定性、抑制电解液与正极活性材料之间的副反应，还可以提升锂离子在表界面的迁移动力学。三个方面的高效协同作用大大提升了该新型高镍正极材料的循环稳定性及倍率性能。此外，这项工作首先采用了DFT理论计算方法全面分析并揭示了钛元素（Ti）、钼元素（Mo）及钛酸锂（Li₂TiO₃）锂离子导体包覆层的形成机制和在结构中的关键作用，同时采用原位XRD表征手段对材料运行过程中晶体结构的变化规律进行了深入研究，为高镍正极材料结构稳定机制提供基本的理解，并为其进一步实现产业化应用提供较好的技术保障。

图1. 新型高镍正极材料超晶格及表界面结构设计及应用

该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、省先进能源材料国际联合研究中心、省高校全固态离子电池重点实验室，云天化股份有限公司及云南大学“双一流”学科建设项目的支持。

供稿：材料与能源学院

编辑：李哲

责任编辑：王崴