富Ni层状氧化物（LiNi1-x-yCoxMnyO2，x，y<0.2）具有较高的比容量，被认为是最有前途的用于下一代高能锂离子电池（LIBs）的候选正极材料之一。然而，这些富Ni正极材料在循环过程中仍然受到大单元电池呼吸效应和严重的表面退化的影响，这进一步导致二次粒子破裂，并引发LIBs的急剧容量衰减和热失控。根据缺陷化学，高价离子掺杂到晶格中可以诱导Ni的还原或产生Li空位。
基于此，得益于钽（Ta）的高价态，中科院化学研究所郭玉国研究员，石吉磊副研究员报道了将Ta作为掺杂剂，通过表面穿透法将其引入到富镍单晶正极的晶格中。
文章要点
1）结合实验测试和密度泛函理论（DFT）计算，研究人员证实了Ta5+优先于Ni位，诱导Ni还原，从而降低Li+的迁移能垒。
2）结果表明，单晶富Ni正极在放电结束时的Li+动力学势垒得到明显降低。获得的单晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2具有高比容量（在0.1 C下为211.2 mAh g-1）、优异的倍率性能（在4 C下为157 mAh g-1）和良好的耐久性（在0.5 C下循环100次后为90.4%）。
这项研究提出了一种缺陷化学方法来缓解单晶富Ni正极中Li+的动力学障碍，这不仅有助于理解动力学障碍的基本机理，而且为单晶富镍正极的设计和合成提供了指导。
参考文献
Yu-Gang Zou, et al, Mitigating the Kinetic Hindrance of Single-Crystalline Ni-Rich Cathode via Surface Gradient Penetration of Tantalum, Angew. Chem. Int. Ed., 2021
DOI: 10.1002/anie.202111954
https://doi.org/10.1002/anie.202111954
