近些年来，随着科技的不断发展与进步，开发高能量密度，高功率和长寿命的储能装置越来越重要，锂离子电池和超级电容器技术都展现出了广阔的前景。一方面，富镍的锂离子正极材料具有很高的能量密度，但由于其较差的动态特性和快速降解使得电池功率和循环寿命受到限制。另一方面，电容器电极材料可以保证高功率和循环寿命长，但是容量有限。近日，北京理工大学陈人杰课题组通过将碳基电容性材料包裹在分级电池正极材料主体周围以实现高能量存储性能，可以将电容行为和脱嵌-嵌入电池反应整合到材料-结构层面。所制备的电容性LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（C-NCM）正极材料具有高能量密度，高功率和长循环寿命等优点。
文章要点：
1）准备块状和分层LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（分别为b-NCM和h-NCM），接下来，在低强度超声处理下，将h-NCM颗粒与甲阶酚醛树脂，氨基葡萄糖和乙醇（质量比8.5：0.9：0.6：2）混合。然后将混合物在N2气氛下在400°C下以3°C min -1的加热速率烧结5 h ，在800 °C下以10°C min-1的加热速率烧结20 min。再加以流动少量CO2和H2O形成电容性NCM（C‐NCM）。
2）C‐NCM颗粒是一种大小约为1 µm的球体，由纳米微层主体NCM和交叉连接的碳纳米片组成。TEM和C元素映射表明NCM相被一层约2nm厚的非晶碳薄层所覆盖。TG与BET测试表明C-NCM含有5.7％的碳，并具有16.5128 m2 g-1的大比表面积。
3）CV、充放电、EIS等电化学测试表明， C-NCM复合颗粒包含颗粒间空隙和外层中分层的NCM内部和精细的电容碳结构。同时，C‐NCM在不同的电流密度下提供了更大的容量，并且具有较小的电荷转移电阻（Rct）。
4）通过研究XPS和原位XRD确定了氧化还原耦合机制。高氧化态阴极颗粒中不稳定的O2-可以与碳添加剂（比如C=C键）形成可逆连接（可能是通过反应LiMO2 + C = C⇔Li + + M-O-C-C-，M = Ni，Co，Mn）。以此方式，防止了C-NCM的活性成分损失和相变，从而导致良好的循环稳定性。这种结合的储能机理以及发现O2和C-π电子之间的价键耦合可以为高性能储能的发展提供启发和实用策略。
Lecai Wang,ET AL,. Fast Capacitive Energy Storage and Long Cycle Life
in a Deintercalation–Intercalation Cathode Material, Small ,2020
DOI: 10.1002/smll.201906025
https://doi.org/10.1002/smll.201906025
