近日，我校材料科学与工程学院江浩教授和李春忠教授在提升高镍正极材料能量密度和循环寿命方面再次取得重要研究进展，相关研究成果以“Restraining lattice oxygen escape enables superiorcyclic performance toward high-voltage Ni-rich cathodes”为题发表在《国家科学评论》上。
在前期工作中，该团队提出表面限域辅助沉积以及高温强化扩散共改性策略，原位实现了高镍氧化物正极材料铝离子梯度掺杂和快离子导体偏铝酸锂均匀包覆，明确了铝的掺杂位点，有效稳定晶体结构和电极-电解液界面，循环稳定性超过1000次，与商用石墨负极组装成3.5Ah单体软包和18650型圆柱电池，通过了国家动力电池创新中心检测测试中心的加热和挤压等试验（Nature Common. 2021, 12: 4564）。为了进一步解决高工作电压下晶格氧电荷损失和氧化析出等问题, 该团队研究人员发展了异质元素掺杂并诱导一次颗粒取向生长和定向排列成序构化的高镍正极材料新策略，从根本上解决二次颗粒结构不稳定难题；在此基础上，利用氧化铈可逆储氧特性，有效抑制了氧流失，并将工作电压提升到4.5V。研究人员通过第一性原理计算、有限元模拟、原位X射线衍射、原位微分电化学质谱和同步辐射X射线吸收谱等先进的理论和表征手段，对高镍正极材料晶格氧调控机制进行了详细的表征和梳理。所制备高镍正极材料的比电容量高达231.3 mAh g-1，首次库伦效率为93.5%，与商用石墨负极组装成的软包全电池在2.7-4.5 V的宽电压范围内循环1000圈后容量仅衰减9.1%（Natl. Sci. Rev. DOI: 10.1093/nsr/nwac166）。
上述研究工作主要由我校材料科学与工程学院博士生余海峰在江浩教授和李春忠教授共同指导下完成。此外，该研究工作还得到了国家自然科学基金委重大研究计划集成项目、国家自然科学基金重点项目、上海市科委基础重大项目等资金支持。
原文链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwac166；https://www.nature.com/articles/s41467-021-24893-0