高镍正极在锂离子电池中的应用吸引了人们极大的关注，以提高锂离子电池的储锂容量，同时降低成本。为了克服多晶体中的晶间开裂问题，单晶被认为是一种很有吸引力的选择，但也加剧了人们对其离子传输和动力学性质的担忧。
近日，美国布鲁克海文国家实验室Feng Wang，阿贡国家实验室Zonghai Chen报道了通过对LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（NMC811）单晶的电化学反应进行定量分析，发现氧化还原动力学与充电状态（SOC）有很强的相关性。具体地说，氧化还原反应在低SOC时缓慢，但随着SOC的增加而迅速增加。
文章要点
1）有限元模拟与传输特性测量相结合的结果表明，这种动力学限制是单晶固有的，是由于低SOC时离子输运缓慢引起的，与高SOC时相比低了几个数量级，并且可以通过与集成在同一电极中的多晶或小晶体的协同作用来缓解。通过降低Li+浓度梯度，减小颗粒内部的应变，这种协同作用也可能有利于单晶的结构稳定性。
这项工作的发现，特别是关于单晶的机理起源和动力学限制的缓解，有望启发新的策略，如分层电极设计，使其能够在下一代锂离子电池中得到实际应用。
Mingyuan Ge, et al, Kinetic Limitations in Single-Crystal High-Nickel Cathodes, Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: 10.1002/anie.202012773
https://doi.org/10.1002/anie.202012773
