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1研究背景
随着便携式电子设备、电动汽车和能源存储系统的快速发展，对电池能量密度、循环寿命和成本的要求日益提高。锂离子电池（LIBs）作为当前最主流的能源存储技术，其性能的提升成为研究的热点。在众多正极材料中，LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）因其高容量和低成本而受到广泛关注。然而，高镍含量的NCM811正极材料在循环过程中存在较差的稳定性，主要表现为阳离子混排、不可逆相变、微裂纹和界面副反应等问题。这些问题导致电池在长期循环中容量衰减严重。为了解决这些问题，研究人员探索了多种策略，包括通过掺杂和表面涂层来改善其结构稳定性和电化学性能。其中，硼（B）作为一种潜在的掺杂元素，因其小尺寸和低电荷特性，被认为可以改善镍富集和锂富集正极材料的性能。硼掺杂能够影响原子化学环境和层状晶体结构，从而提高结构稳定性，减少内部和界面应力。然而，硼在正极材料中的作用机制尚未被充分研究。
2成果简介
在这项研究中，研究人员通过固态法成功制备了硼掺杂的NCM811样品。实验结果表明，经过100个循环后，硼掺杂的NCM811在2.7-4.3V和2.7-4.5V的电压范围内展现出了卓越的循环稳定性，容量保持率分别达到了90.7%和81.3%。通过循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）测试，研究人员发现硼掺杂有效降低了电荷传递阻抗和极化。密度泛函理论（DFT）计算结果进一步证实了这一点。结合DFT计算，研究人员发现硼在过渡金属（TM）间隙中倾向于与氧形成BO4四面体，强B-O键可以提高结构稳定性。此外，硼掺杂增加了Li-O键的长度，降低了Li+迁移势垒。这项研究表明，硼掺杂有效增强了富镍层状正极材料的结构稳定性。3图文导读
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图2 原始和硼掺杂NCM811的XRD图案；(B)和(C)是(003)和(108)/(110)峰的放大视图。![]()
图3 S2的横截面SEM和EDS元素映射；S0、S1、S2和S3的SEM图像。![]()
图4 S0-S3的电化学性能。(A) 0.05C时的初始充放电曲线；(B) 初始库仑效率；(C)和(D)在2.7-4.3V和2.7-4.5V下1C循环性能；(E)倍率性能；(F)0.1-5C时的放电中值电压。![]()
图5 S0和S2的TEM图像；初始状态和100次循环后的HRTEM图像。![]()
图6 S0和S2的表面化学组成。XPS谱图：(A) S0和S2的全范围；(B) B 1s，初始状态的Ni 2p；(C)和经过100次循环后的D。![]()
图7 S0和S2的CV曲线；S0和S2的Nyquist图；经过第1次和第100次循环后，电压范围为2.7-4.3V。 4小结
这项研究通过固态法成功制备了硼掺杂的NCM811正极材料，并系统地研究了硼掺杂对材料结构和电化学性能的影响。研究人员发现，硼掺杂不仅增加了层间距，降低了Li+的扩散势垒，还减少了Li/Ni混排，从而提高了材料的结构稳定性和循环性能。此外，硼掺杂还提高了电子导电性，减少了极化和界面阻抗。这些发现为富镍层状正极材料的性能优化提供了新的策略，对于开发高性能锂离子电池具有重要意义。研究人员期望这些发现能够推动锂电池技术的发展，为实现更高效、更稳定的能源存储提供支持。文献：
DOI https://doi.org/10.1039/D4TA06100D推荐阅读：
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