潘锋课题组在富镍三元锂电正极材料研究中取得重要进展

近日，新材料学院潘锋课题组在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Imitating Architectural Mortise-Tenon Structure for Stable Ni-Rich Layered Cathodes”的研究论文。该工作受我国古建筑物中榫卯结构作用的启发，以层状NCM811材料为列，开发了一种富含尖晶石样榫卯结...

　　

近日，新材料学院潘锋课题组在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Imitating Architectural Mortise-Tenon Structure for Stable Ni-Rich Layered Cathodes”的研究论文（DOI：10.1002/adma.202301096）。该工作受我国古建筑物中榫卯结构作用的启发，以层状NCM811材料为列，开发了一种富含尖晶石样榫卯结构的材料（NCM811-MT）。高性能的NCM811-MT材料的成功制备，标志着从体相晶体结构设计方面调控材料电化学成为可能。

锂离子电池由于其诸多方面的优势，在便携式电子设备、电动汽车和智能电网系统等方面起着越来越重要的作用。富镍层状氧化物是锂离子电池最有前途的正极材料之一，但循环过程中的电化学结构降解和较大的首次不可逆容量损失阻碍了它们在高能量电池中的应用。

建筑物中的榫卯结构、层状材料中的榫卯结构示意图以及榫卯结构NCM811-MT的表征

该工作首次提出，在富镍层状材料中引入尖晶石状榫卯结构来克服充放电过程中体积变化导致的晶体结构机械降解问题。同时，由于具有高离子传导能力的晶界和尖晶石被引入到颗粒内部，从而避免了首次不可逆容量损失，这一点得到了实验和理论的共同验证。此外，由于构造榫卯结构时层结构的独特排列方式，所得颗粒通常暴露最稳定的（003）晶面，从而降低材料与电解液的副反应。由于榫卯结构带来的以上几方面优势，因此，所得材料电化学性能处于国际领先水平。

电化学性能

原位XRD

理论计算

潘锋、武汉大学杨培华研究员、国家纳米科学中心褚卫国研究员为该论文的共同通讯作者，新材料学院博士后谭兴华和博士生陈哲峰为共同第一作者。本研究得到中国博士后科学基金面上项目、广东省重点实验室和深圳创新委科研项目的支持。