揭示单晶层状富镍正极的结构稳定性与电化学特性之间的相关性

《Small》：Unveiling the Correlation Between Structural Stability and Electrochemical Characteristics of Single Crystalline Layered Ni-Rich Cathodes

单晶高镍正极材料循环过程中，通过阻抗、电化学活性表面积和微观结构表征发现，NCM83（6.18μm）在还原阶段法拉第ECSA增加34.4%但质量损失达4.5%，而NCM90（3.12μm）法拉第ECSA下降61.46%且质量损失较小（2%），表面重构和微裂纹导致性能差异。

　　

摘要

单晶（SC）富镍层状锂金属氧化物因其较高的理论容量（> 200 mAh g^?1）和较低的钴含量而成为锂离子电池有前景的正极材料。然而，富镍材料的电化学行为尚未得到充分研究，需要进一步了解以解决现有问题，如锂离子扩散路径较长和循环性能不稳定等问题。在本研究中，含有83%和90%镍的SC正极材料在1 C电流下从3 V循环至4.5 V，共进行了300次充放电循环，以研究阻抗变化、非法拉第电化学活性表面积和法拉第电化学活性表面积以及结构演变。非法拉第电化学活性表面积（ECSA）测量结果显示：对于粒径较小的NCM 90（3.12 μm），300次循环后从1.81 m² g^?1增加到3.30 m² g^?1；对于粒径较大的NCM 83（6.18 μm），则从3.14 m² g^?1增加到3.52 m² g^?1。NCM 83在还原阶段的法拉第ECSA增加了34.4%，而NCM 90减少了61.46%，这归因于表面重构和微裂纹的形成。微计算机断层扫描显示NCM 83的材料损失（约4.5%）大于NCM 90（约2%），这与较大的粒径有关。这些发现为高镍SC正极的表面和结构变化及其对电化学性能的影响提供了新的见解。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。