【背景】
无钴高镍正极材料因不含钴元素而具有低成本和环境友好的优势，因此被认为是发展下一代高能量密度锂离子电池的重要组成。然而，它们在实际应用过程中仍然面临放电容量低、速率能力差的挑战，这主要是因为存在锂离子扩散动力学迟滞的难题。动力学迟的问题主要来源于原子尺度的Li/Ni混排缺陷和电极颗粒尺度的非均质脱锂问题。
【全文速览】
近日，来自中国石油大学（华东）的邢伟教授与燕山大学的唐永福教授、中国石油大学（北京）的崔永朋副教授合作，基于晶格磁阻搓调节理论和界面结构设计工程，提出了非磁性Si元素梯度掺杂的策略，显著改善了无钴高镍的动力学迟滞问题，为未来的研究提供了方向，这有助于加速无钴高镍电池的实际应用。
摘要图：Si梯度掺杂缓解无钴高镍正极材料的动力学迟滞及其稳定界面结构机理示意图。
【研究总结】
有效降低无钴高镍正极材料的阳离子混排缺陷是缓解动力学迟滞的关键问题之一，然而目前仍缺乏从阳离子混排的起源上有效降低混排的方法。本文基于晶格磁阻搓调节理论，通过在过渡金属层中引入非磁性元素作为缓冲原子，来降低强磁阻搓引发的阳离子混排缺陷。本文通过4步筛选过程确定了最佳掺杂元素：（1）从元素周期表中选出 40 种非磁性元素；（2) 进一步筛选出 15 种比 Co 便宜且无毒的元素；3) 根据合适的离子半径（0.4 Å-0.69 Å）选择最有可能掺入过渡金属层的 5 种元素（Si、Se、Ti、Al 和 Sn）；（4) 通过实验确认最合适的掺杂元素。磁性测试结果表明引入非磁性元素Si元素，可以最有效的缓解磁阻错和降低混排，进而提升倍率性能。该策略绿色、高效，是一种可以有效改善无钴高镍正极材料动力学迟滞问题的新方案。
论文信息
Mitigating the Kinetic Hysteresis of Co-Free Ni-Rich Cathodes via Gradient Penetration of Nonmagnetic Silicon
Dr. Yijun Song, Prof. Yongpeng Cui, Dr. Bo Wang, Dr. Lina Ge, Dr. Li Zhou, Dr. Zhijian Qiu, Zhipeng Xie, Prof. Debin Kong, Prof. Xiaofang Li, Prof. Jianqiang Zhang, Prof. Lei Zhu, Prof. Pengyun Liu, Prof. Xuejin Li, Prof. Zifeng Yan, Prof. Qingzhong Xue, Prof. Yongfu Tang, Prof. Wei Xing
文章的第一作者是中国石油大学（华东）的博士生宋以俊
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202409764
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