开发高能锂电池最具挑战性的方面之一是富镍活性正极材料在热滥用和长时间电池循环条件下的结构和(电)化学稳定性。

近日，弗吉尼亚理工大学Feng Lin，布鲁克海文国家实验室Xianghui Xiao以两个具有不同晶粒形状和排列的富镍NMC正极为材料平台，研究了二次晶粒内部的排列对NMC活性材料热稳定性的影响。

文章要点

1）基于原位同步X射线纳米层析成像的三维可视化显示，在热疲劳条件下，颗粒的排列控制着颗粒的形态演变。将三维纳米层析成像与X射线吸收近边结构(XANES)光谱成像相结合，揭示了Ni在25~250 °C温度范围内的氧化还原分布和传播，直观地反映了不同颗粒NMC颗粒中氧的3D释放规律。此外，加热过程中的原位衍射跟踪了不同颗粒排列的NMC粉末的不同宏观结晶转变。

2）在这些测量和分析的基础上，研究人员提出通过扰乱晶向和增加晶界密度来增加氧扩散长度是缓解富镍锂层状氧化物热问题的有效方法。然后，通过对具有不同类型NMC阴极的电池进行电化学测量来验证这一假设。

综上所述，这种系统的多探针、多尺度的研究突出了定制颗粒排列可以调节充电电池中多晶正极材料的热稳定性。

参考文献

Hou, D., Xu, Z., Yang, Z. et al. Effect of the grain arrangements on the thermal stability of polycrystalline nickel-rich lithium-based battery cathodes. Nat Commun 13, 3437 (2022).

DOI: 10.1038/s41467-022-30935-y

https://doi.org/10.1038/s41467-022-30935-y