锂离子电池（LIB）广泛用于智能手机，笔记本电脑，电动汽车和其他电子设备。LIB的能量密度和使用寿命主要受正极材料的限制，在众多正极材料中，富Ni的LiNi1-x-yCoxMnyO2（NCM）三元正极具高电压，高可逆容量和低价格等优点。然而，NCM正极材料也面临在循环过程中，由于颗粒粉碎，界面副反应和相变而导致的容量衰减和电压衰减等不利因素，这也限制了NCM正极材料的广泛应用。近日，北京科技大学强文江、黄冰心联合天津大学陈亚楠、中科院宁波材料所王德宇及西安交大Mi Shaobo通过设计可行的混合体系结构来调节富镍层状正极材料的表面和晶界结构。Li(Ni0.4Co0.2Mn0.4)0.8Ti0.2O2（NCM424Ti）通过简便的共沉淀法沉积在NCM811颗粒的表面上（NCM811-NCM424Ti）。
文章要点：
1）NCM811的前体颗粒由针状晶粒组成。从外观上看，NCM811颗粒的晶粒是等轴的，并且微孔存在于NCM811颗粒的表面。NCM811-NCM424Ti前体的表面像一个致密的网络，表明壳材料被良好地包覆在颗粒上。NCM811-NCM424Ti的形态与NCM811非常相似，而孔在NCM811-NCM424Ti颗粒上收缩或消失。NCM811-Ti前体的颗粒呈现出粗针状晶粒，由于组成和涂覆方法，它们与NCM811-NCM424Ti明显不同，NCM811-Ti烧结后保持针状晶粒。采用XPS用于确定元素的表面组成和电荷状态，用EDX进一步表征了颗粒内部元素的分布。
2）经过充放电测试，与NCM811，NCM811-Ti相比NCM811-NCM424Ti的容量保持率非常高，为96.6％。尽管NCM811-Ti在内部与NCM811-NCM424Ti具有非常相似的晶界强化，但NCM811-Ti的容量保持率为80.7％，这可能归因于表面层的强极化作用。重要的是，NCM811-NCM424Ti 在5 C速率下仍可保持171 mAh g-1的放电容量，而NCM811 在相同速率下的放电容量为157 mAh g-1。因此该修饰可以改善循环稳定性和提高放电速率。
3）由于很难测量晶界中的Ti量并直接表征晶界的机械性能。因此选择NCM811，NCM424和NCM424Ti作为对比材料，研究Ti掺杂对机械性能的影响。研究表明掺Ti的NCM表现出高机械稳定性和低应变，很好地解释了涂层颗粒的结构稳定性。
总而言之，研究工作为设计具有长期循环稳定性的正极材料颗粒的表面和界面提供了一个简单而通用的方法，并可以很好的进行商业化。
Cheng, X., et al，Regulating Surface and Grain‐Boundary Structures of Ni‐Rich Layered Cathodes for Ultrahigh Cycle Stability. Small 2020
DOI：10.1002/smll.201906433
https://doi.org/10.1002/smll.201906433
