尽管富Ni正极材料具有高能量密度。然而，其结构和表面的不稳定性会造成其低容量保持率和较差的热稳定性。
近日，为了解决这一问题，美国布鲁克海文国家实验室杨晓青教授，Seong-Min Bak，Ruoqian Lin，加州大学欧文分校忻获麟教授报道了开发了一种具有Ni价梯度的层次化二次颗粒结构的材料用于提高富Ni正极材料的热稳定性和循环稳定性。
文章要点
1）与浓度梯度或核壳结构的NMC材料中Mn/Ni浓度在整个颗粒中变化不同，新设计的富Ni正极材料在整个二次颗粒中具有均匀的Ni：Mn：Co=8：1：1的化学组成。研究发现，在这种结构中，沿二次颗粒的径向存在Ni价态梯度。对于放电态，表面和近表面区（距顶部约900 nm）的大量Ni离子处于与氧缺位相关的Ni2+态，而在中心体中的大量Ni离子处于更接近Ni3+态的价态。
2）电化学测试表明，具有Ni价梯度的LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（VGNMC811）具有比传统的NMC811材料更高的容量保持率。
3）透射电子显微镜（TEM）和同步辐射纳米探针X射线成像研究结果表明，延长循环后，VGNMC811仍保持了良好的Ni的氧化态梯度和表面结构。此外，经过循环后，在材料的体心处而不是材料的表面和近表面区域形成了更多的纳米孔分布，从而成功抑制了材料体系中表面引发的降解。这些结果表明，Ni价梯度对富镍材料的表面稳定起着重要作用。
参考文献
Lin, R., Bak, SM., Shin, Y. et al. Hierarchical nickel valence gradient stabilizes high-nickel content layered cathode materials. Nat Commun 12, 2350 (2021).
DOI: 10.1038/s41467-021-22635-w
https://doi.org/10.1038/s41467-021-22635-w
