具有高能量密度的富锂层状氧化物是用于下一代储能技术中最有前途的候选材料之一。不幸的是，这些材料在长期循环过程中会遭受严重的电化学降解，包括容量损失和电压衰减。目前的研究主要集中在了解电压衰减现象，而忽略了容量衰减的根源。

基于此，温州大学金辉乐教授，阿贡国家实验室陆俊教授，Tianpin Wu报道了使用先进的基于同步加速器的X射线成像技术和X射线吸收近边结构（XANES）在长期循环期间直接捕获高容量Li_1.2Ni_0.13Co_0.13Mn_0.54O₂（LR-NCM）正极中的空间结构演变。这些技术突出了不同过渡金属（Ni和Mn）在次级粒子水平上的不同行为，揭示了Mn的失活和相关的各向异性反应以及Ni的离子重排。

文章要点

1）研究人员发现由异步固体反应引起，在初级晶体之间形成的大应变和晶界在LR-NCM颗粒中产生裂缝。随后系统地研究了原子水平和体积平均值的后续结构变化，以阐明它们对电化学降解的贡献，包括电压衰减，电压滞后，尤其是容量的降低。

2）研究发现，电化学不稳定性与Mn的失活和各向异性反应密切相关。当与Ni重排结合时，这种不稳定性导致了LR-NCM正极的电化学性能的退化。

这些对LR-NCM过渡金属独特行为的新见解阐明了其容量降低、电压衰减的根源，并有望促进大容量正极设计的发展。

参考文献

Wang, L., Liu, T., Dai, A. et al. Reaction inhomogeneity coupling with metal rearrangement triggers electrochemical degradation in lithium-rich layered cathode. Nat Commun 12, 5370 (2021).

DOI：10.1038/s41467-021-25686-1

https://doi.org/10.1038/s41467-021-25686-1