电动汽车（EV）市场对高能量密度锂离子电池（LIBs）的迫切需求要求进一步提高高Ni低Co正极的镍含量。然而，高Ni正极固有的化学机械不稳定性和快速容量衰减严重阻碍了其商业化。新出现的单晶策略提供了一个有希望的解决方案，但单晶正极的工作和退化机制仍然让人难以捉摸，尤其是在极具挑战性的超高Ni（Ni>90%）区域，随着Ni含量的增加，相变、氧损失和机械不稳定性加剧。

基于此，加州大学欧文分校忻获麟教授，阿贡国家实验室Youngho Shin报道了通过基于同步辐射的透射X射线技术和原子分辨率STEM成像相结合，成功破译了超高Ni单晶正极出色循环性能背后的原子尺度稳定机制。

文章要点

1）研究人员合成了设计一种组成为LiNi_0.96Mn_0.02Co_0.02O₂（SC9622）的新型单晶超高Ni层状正极。为了进行对比研究，还合成了具有相同设计成分的多晶正极（PC9622）。X射线衍射显示两个正极具有几乎相同的晶格结构，化学分析表明合成的两个阴极的成分与设计的成分几乎相同。此外，HAADF-STEM图像显示，两个原始正极都具有精准的层状结构。

2）通过电化学测试，比较了SC9622和PC9622的性能。长期循环测试表明，PC9622的容量衰减严重，100次循环后容量保持率降至55%，200次循环后容量保持率降至38.3%；相比之下，SC9622 100次循环后容量保持率为72%，200次循环后容量保持率为∼60%，显著高于PC9622。

3）研究发现，超高Ni多晶正极中突出的充放电不均匀性、晶间开裂和氧损失相关的相降解在单晶正极中得到了有效抑制，从而提高了单晶正极的化学机械稳定性和循环稳定性。

这种对超高Ni单晶正极退化机理的新认识有望推广到其他高Ni单晶层状正极，为当前超高Ni超稳长寿命电池正极的优化和再设计提供了有价值的指导。

参考文献

Chunyang Wang, et al, Chemomechanically Stable Ultrahigh-Ni Single-Crystalline Cathodes with Improved Oxygen Retention and Delayed Phase Degradations, Nano Lett., 2021

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.1c03852