基于高镍含量的LiNixCoyMnzO2（NCM，x≥0.8，x+y+z=1）层状正极材料的锂离子电池具有较高的比能量密度。然而，随着电池循环时间的延长，富镍NCM正极存在性能下降、机械和结构不稳定等问题。尽管使用富镍单晶NCM可以缓解这些缺点，但大单晶颗粒中的离子扩散又阻碍了其倍率性能。
近日，中南大学欧星，瑞士联邦材料科学与技术实验室Wengao Zhao，厦门大学杨勇教授报道了开发了一种原位修饰策略，通过集成钠超离子导体（NASICON）型1%Li1.4Y0.4Ti1.6PO4（LYTP）粒子间网络，可以显著提高富Ni 单晶LiNi0.88Co0.09Mn0.03O2（SC-NCM88）正极的倍率性能和循环稳定性。
文章要点
1）研究人员通过一步煅烧方法在SC-NCM88正极颗粒表面包覆LYTP进行原位改性。所得到的1%LYTP@SC-NCM88前驱体由三维簇片形貌组成，二次粒径为3-5μm。Ti，Y和P的LYTP前体均匀分布在Ni0.88Co0.09Mn0.03(OH)2的整个颗粒表面上。将LYTP@SC- NCM88前体颗粒转移到管式炉中共煅烧，得到LYTP改性的SC-NCM88颗粒。在820 °C的最佳煅烧温度下，前驱体经结晶改性后变成微米级的“单晶”颗粒。
2）实验结果显示，1%的LYTP@SCNCM88在25至55 °C的温度范围内保持了更高的循环稳定性，在纽扣半电池和软包全电池中都保持了较高的循环倍率。同时，与石墨负极相比，软包全电池在0.5 C充电到4.4 V时，1000次循环后的容量保持率高达85%，放电容量提高到170 mAh g−1，在活性材料水平上的比能量密度达到620 Wh kg−1。
3）1%的LYTP@SCNCM88在苛刻的循环条件下具有出色循环性能以及显著改善的相间稳定性和固有结构得益于以下原因：i）保护性LYTP涂层和同时的Ti痕量掺杂发挥协同作用，抑制有序层状和无序结构之间无序尖晶石/岩盐相形成和晶格失配，从而大大减轻了c晶格参数的收缩，并改善H2-H3相变的可逆性；ii）由于c轴收缩减少和保形LYTP改性的稳健机械性能，明显减轻了有害的颗粒内/颗粒间裂缝；iii）由于正极颗粒之间的3D网络的高Li+导电性，LYTP改性层促进了Li+传输并实现高度可逆的容量。
这些关键发现为开发可在恶劣条件（≥4.4 V vs Li/Li+和45 °C）和实际面容量（>3 mAh cm−2）下工作的高能量密度单晶富Ni NCM提供了指导，即通过建立坚固的3D网络在NCM颗粒之间建立高Li+电导率的三维网络。
参考文献
Fan, X., Ou, X., Zhao, W. et al. In situ inorganic conductive network formation in high-voltage single-crystal Ni-rich cathodes. Nat Commun 12, 5320 (2021).
DOI：10.1038/s41467-021-25611-6
https://doi.org/10.1038/s41467-021-25611-6
