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第一作者：Li Zhiyuan
通讯作者：李林森，沈重亨
通讯单位：上海交通大学
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-54637-9
摘要
本研究提出了一种新型的梯度多孔结构Ni富层状氧化物正极材料，用于锂离子电池。通过简单的熔盐辅助合成方法，实现了多孔结构在多晶NCM二次颗粒中的梯度分布。这种结构设计有效缓解了充放电过程中的体积变化引起的内应力积累，显著提高了电池的比能量和循环稳定性。研究结果表明，该材料在实际软包电池和全固态电池中均展现出优异的电化学性能。
研究成果
上海交通大学李林森长聘副教授团队在《Nature Communications》上发表了题为“Gradient-porous-structured Ni-rich layered oxide cathodes with high specific energy and cycle stability for lithium-ion batteries”的论文，研究团队通过熔盐辅助合成方法成功制备了梯度多孔结构的Ni富层状氧化物（NCM）正极材料。这种材料在0.1C和25°C条件下，基于正极重量的比能量达到了941.2 Wh kg-1，并且在1C条件下经过800次循环后，容量保持率为80.5%。此外，在60°C的高温存储测试中，完全充电状态下的可逆容量保持率超过了95.5%。
论文亮点
1.梯度多孔结构设计：通过在NCM二次颗粒中引入梯度分布的孔隙，有效缓冲了一次颗粒的体积变化，减少了颗粒间裂纹的产生，提高了电池的循环稳定性。
2.高比能量和循环稳定性：在保持高镍含量的同时，实现了高比能量和良好的循环稳定性，这对于下一代高能量密度电池至关重要。
3.实际电池应用验证：不仅在实验室条件下表现出色，而且在实际软包电池和全固态电池中也展现出了优异的性能，具有很高的应用前景。
图文导读
图1. NCM正极的梯度孔隙设计。
图2 GP-NCM的特征。
图3 GP-NCM内部孔隙的三维特征。
图4 GP-NCM的电化学性能。
图5 机理研究。
图6 GP-NCM作为高性能ASSB正极。
图7 高镍含量和比能量的GP-NCM。
结论
本研究通过引入梯度多孔结构，显著提高了Ni富层状氧化物正极材料的比能量和循环稳定性。这种结构设计不仅减轻了充放电过程中的内应力积累，还减少了颗粒间裂纹的产生，从而提高了电池的化学-机械稳定性。研究结果为高能量密度和高安全性的下一代锂离子电池提供了新的材料选择。
理论计算
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