电子结构梯度调控抑制富镍正极纳米孔缺陷的稳定化机制研究

本文通过前驱体梯度设计调控电子结构，有效抑制了富镍正极（Ni-rich NCMA）烧结过程中纳米孔缺陷的形成。研究发现，表面构建更多Ni-O-Mn构型可加速电荷转移（charge transfer kinetics）、降低Li+嵌入能垒，同步提升锂化（lithiation）与分解动力学，最终获得机械完整性优异的LiNi0.89Co0.05Mn0.05Al0.01O2正极材料，其1C循环100次容量保持率达93.4%。

　　

Highlight

通过前驱体表面电子结构调控，实现富镍正极（Ni-rich NCMA）纳米孔缺陷的精准抑制。

Phase evolution behavior during sintering process

采用共沉淀法成功制备三种组分梯度分布的Ni_0.89Co_0.05Mn_0.05Al_0.01(OH)₂前驱体（分别标记为NCMA-Al、NCMA-Co、NCMA-Mn）及均质对照样（NCMA）。通过原位高温X射线衍射（in-situ HT-XRD）观测发现，具有更多表面Ni-O-Mn构型的NCMA-Mn样品在烧结过程中表现出更快的Li⁺嵌入动力学。

Conclusion

研究表明：前驱体表面Ni-O-Mn构型单元通过超交换作用（superexchange interaction）诱导内建电场，显著加速电荷转移，使Li⁺更易嵌入体相结构。这种优化的锂化动力学有效抑制了纳米孔形成，最终获得具有高度有序层状结构、纳米孔缺陷极少的LiNi_0.89Co_0.05Mn_0.05Al_0.01O₂正极材料。循环后的NCMA-Mn正极展现出更优的机械完整性，其1C循环容量保持率（93.4%）显著优于原始样品（86.7%）。