前驱体形貌对超高镍正极锂化过程的影响

超高镍层状氧化物LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂（NCM，x≥0.9）具有较高能量密度和较低成本，是一种极具应用前景的锂离子电池正极材料。近日，上海大学袁帅研究员、赵尹副研究员等对超高镍NCM(OH)₂三元前驱体的锂化反应过程提出了新见解，揭示了前驱体颗粒的球形度对锂化过程及超高镍层状正极材料电化学性能的影响机制。 

该工作发现非球形NCM(OH)₂前驱体颗粒不利于均匀锂化反应，LiOH倾向于在前驱体颗粒表面的凸起部分富集，导致局部锂过量，会在较低温度下形成局部致密的壳层，在随后反应过程中，该致密壳层会影响锂离子向颗粒内部的扩散过程，导致中间体颗粒内部形成“贫锂”NCMO核和内部孔隙，从而影响最终NCM颗粒内部的结构一致性。高球形度的NCM(OH)₂前驱体颗粒可有效避免LiOH在颗粒表面的局部过量问题，防止形成局部致密壳层，有利于锂化过程中锂离子充分扩散到颗粒内部，从而有效抑制“贫锂”NCMO核和内部孔隙的产生。因此，提高前驱体颗粒球形度有助于抑制非均相中间体的形成，从而有效提高正极材料的结构一致性。

基于这一机制，对球形度低的前驱体颗粒制定了更优的升温程序，先在特定温度下进行预转化，避免前驱体颗粒表面局部致密壳层的形成，同时保证锂离子充分扩散，有效地抑制了不均匀中间体的形成，最终产品的结构一致性和循环稳定性都得到了明显提升。

该成果发表在化学顶级学术期刊Angewandte Chemie International Edition 上。第一作者为博士生梁文彪。

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Spheroidization: The Impact of Precursor Morphology on Solid-State Lithiation Process for High-Quality Ultrahigh-Nickel Oxide Cathodes

Wenbiao Liang, Yin Zhao, Liyi Shi, Zhuyi Wang, Shuai Yuan

Angew. Chem. Int. Ed., 2024, DOI: 10.1002/anie.202407477

袁帅课题组网站：

https://www.x-mol.com/groups/necd