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      近日，《化學(xué)工程雜志》(Chem Eng J)發(fā)表了beat365肖圍教授課題組最新研究成果，報(bào)道了多功能聚硅氧烷(MPS)包覆LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂(NCM83)正極材料保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)提升界面穩(wěn)定性的新策略。

論文題目為“Revealing the origin of enhanced structural stability for nickel-rich LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂  cathodes in situ modified with multifunctional polysiloxane”，碩士研究生劉程錦為論文第一作者，肖圍教授為論文通訊作者。

LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂ (0.6≤x<1, NCM)高鎳三元正極材料憑借低制備成本、高理論容量被認(rèn)為是極具潛力的下一代鋰離子電池正極材料。然而，商業(yè)化應(yīng)用受限于不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)及電極與電解質(zhì)界面。利用氧化物、磷酸鹽、氟化物及含鋰化合物等對(duì)NCM正極材料表面進(jìn)行修飾已被證明是一種有效改性措施。然而，無(wú)機(jī)包覆材料不足以緩解NCM正極在循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的各向異性的應(yīng)力應(yīng)變，且多數(shù)包覆材料并不能從根本上解決HF侵蝕的問(wèn)題。因此，優(yōu)化正極材料與電解液之間的界面穩(wěn)定性仍具有挑戰(zhàn)性。

基于此，肖圍教授課題組提出以正硅酸四乙酯(TEOS)為原料，乙醇為溶劑，通過(guò)TEOS水解縮聚反應(yīng)在NCM83正極材料表面均勻包覆多功能MPS保護(hù)層。結(jié)果表明，MPS保護(hù)層緊密包覆在NCM83材料表面，當(dāng)TEOS的添加量為2 mol%時(shí)，包覆層厚度約為7 nm，該復(fù)合正極表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，在25 °C和1.0 C條件下，經(jīng)歷150次循環(huán)后容量保持率高達(dá)81.8 %；即使在60 °C和1.0 C條件下，經(jīng)歷200次循環(huán)后容量保持率仍有78.7 %。TEOS改性過(guò)程不僅減少了材料表面的痕量水，從根本上減少HF的生成，而且顯著降低了NCM83表面殘鋰含量，減少了正極與電解液之間的副反應(yīng)。此外，MPS作為物理保護(hù)層一定程度上減少了NCM83被HF侵蝕的可能性。更重要的是，柔性MPS層有利于緩解NCM83在循環(huán)過(guò)程中產(chǎn)生的各向異性應(yīng)力應(yīng)變，減少了微裂紋的產(chǎn)生。同時(shí)，MPS抑制了電池在循環(huán)過(guò)程中的氣體釋放，提升了電池的安全性。因此，多功能MPS包覆改性策略對(duì)于同時(shí)提升鋰離子電池富鎳正極的結(jié)構(gòu)完整性與界面穩(wěn)定性具有重要的指導(dǎo)意義。

       該研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、湖北省杰出青年基金、荊州市科技計(jì)劃、湖北省青年拔尖人才培養(yǎng)計(jì)劃等項(xiàng)目的支持。

圖文摘要：

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152078