具有高能量密度的高镍正极材料是构建新一代高比能锂离子电池的关键材料，然而其实用化发展受到由界面不稳定、结构畸变以及应力-应变积累带来的容量衰减等问题。近日，河南大学Huiling Zhao与Ying Bai等通过在高镍正极表面构筑了一层压电层LiTaO3(LTO)在其表面诱导形成了偶联的机械场与电场相互作用，从而显著改善了高镍正极的循环稳定性。

文章要点

1）研究人员认为LTO的表面修饰可以显著改善NXM811正极的电化学性能。在0.1C的电流密度下循环200周后NCM811-LTO正极的容量保持率为71.8%而空白对照仅为59.7%；在10C的高倍率下NCM811-LTO正极可以实现129.9mAh/g的可逆比容量而空白对照仅为79.8mAh/g。这说明LTO的存在可以改善结构稳定性和锂离子脱嵌动力学。

2）原位XRD、有限元分析和循环后的形貌表征表明，通过减轻应力-应变累积以及LTO层的屏蔽效应可以有效地改善体相和表面结构的稳定性。通过电化学阻抗谱研究、循环伏安检测和第一性原理计算发现LTO层的动力学行为增强可归因于LTO压电特性产生的局部感应极化电场和扩散势垒的降低。

参考文献

Zhongsheng Dai et al, Surface Coupling between Mechanical and Electric Fields Empowering Ni-Rich Cathodes with Superior Cyclabilities for Lithium-Ion Batteries, Adv. Sci., 2022

DOI: 10.1002/advs.202200622

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202200622?af=R