理解循环倍率相关的动力学对于管理高功率应用中的电池性能至关重要。尽管高循环倍率可能会导致反应的不均匀性，影响电池的寿命和容量利用率，但人们对这种相变动力学知之甚少，而且无法控制。

近日，首尔大学Jongwoo Lim，韩国蔚山科学技术院Tae Joo Shin报道了采用同步加速器X射线衍射技术监测了LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（NCM622），揭示了NCM622在7 C倍率快放电过程中的高度不对称相变反应。

文章要点

1）当放电过程中存在持续固溶体通道时，充电过程中观察到明显的相分离现象。由于NCM622在测试电压窗口（3.0-4.3 V）不会转变为H3相，这里的相分离是指由于高Li含量下Li扩散缓慢而导致的H1和H2相之间的瞬时分离。研究人员根据电化学和结构分析揭示的材料性质，探讨了不对称相行为的来源。为了了解具体材料，研究人员将锂含量用作充电状态的指示器，并作为控制变量来开发快充电方案。此外，为了了解NCM622的本征行为，在不受厚电极中复杂现象干扰的情况下，用高负载量的导电添加剂碳（20 wt%）制备了电极。通过基于同步加速器的Operando X射线衍射(XRD)分析以研究大电流诱导的相变行为，能够在7 C的高循环倍率下监测相行为。此外，借助有限元分析（FEA）扩散模型，详细论证了相变路径对循环条件的依赖关系。

2）研究发现，高Li含量时Li扩散迟缓是产生高度不对称相变的主要原因，对于高初始Li含量，在快充电速率（7 C）下发生扩散限制相分离。另一方面，由于Li的快速扩散和较高的初始空位浓度，在均匀固溶体通道中发生了快速放电。由于初始空位浓度在扩散动力学中起着重要作用，因此能够在快速充电过程中实现固溶体相变动力学。通过控制之前的放电条件（即电化学锂化），有意地控制了NCM颗粒中的Li含量和Li的空间分布。电化学锂离子的简单调节极大增强了扩散动力学，即使在7 C下也能实现单相动力学。

考虑到理想的快充协议要求电极的均匀利用和(脱)锂，而电极在循环过程中具有单相转变的特点，这项研究有助于建立可靠的快充协议。

参考文献

Hyejeong Hyun , et al, Suppressing High-Current-Induced Phase Separation in Ni-Rich Layered Oxides by Electrochemically Manipulating Dynamic Lithium Distribution, Adv. Mater. 2021

DOI：10.1002/adma.202105337

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202105337