富鎳三元正極材料，因可逆容量高、成本低等優點，被認為是最理想的下一代高能量密度鋰離子動力電池正極材料之一。不過，界面穩定性差、二次顆粒內部結構衰退等問題，嚴重阻礙了該類正極材料的規模化應用。

 

       近日，長沙理工大學副教授李靈均，與廈門大學張橋保、美國阿貢國家實驗室陸俊、內布拉斯加大學林肯分校、布魯克海文國家實驗室等海內外教授及團隊合作完成了一項工作，通過第一性原理計算為指導，同步合成了鈦摻雜、鑭鎳鋰氧化物包覆的“雙重修飾”富鎳三元正極材料。這種簡單高效的合成方法，將有望大大降低高性能富鎳三元材料的生產門檻。成果日前發表在國際期刊《先進功能材料》上。

 

       團隊從分析鈦和鑭在富鎳三元材料表面的遷移勢壘出發，發現鈦摻入體相而鑭逃離至表面的狀態，為體系能量最低的狀態即穩定狀態。根據理論計算結果，他們合理設計并同步合成了“雙重修飾”的富鎳三元材料。材料展現出了良好的熱穩定性、結構穩定性及優異的電化學性能。在60攝氏度高溫循環150次后，雙重修飾材料的容量保持率，比純相富鎳材料提高了近兩倍。在采用全場透射X射線顯微成像對循環前/后的正極材料進行可視化研究后，團隊證明“雙重修飾”可抑制正極材料二次顆粒內微裂紋的產生與循環過程中微裂紋擴展，循環后富鎳材料二次顆粒間Ni3+的不均勻分布得到了有效抑制，從而顯著提升了材料二次顆粒的結構穩定性。

 

       這一發現為富鎳三元材料的開發和應用提供了新思路和理論指導，有助于高能量密度鋰離子動力電池的發展。