近日beat365磷基功能材料與新能源化工研究室郭孝東教授團隊再獲新進展，相關(guān)研究成果“Polyanion and cation co-doping stabilized Ni-rich Ni–Co–Al material as cathode with enhanced electrochemical performance for Li-ion battery”發(fā)表于國際頂級期刊Nano Energy (IF=15.548)上。該論文第一作者為beat3652017級碩士研究生邱浪，通訊作者是郭孝東教授，beat365為第一單位。磷基功能材料與新能源化工研究室隸屬教育部磷資源綜合利用與清潔加工工程中心，近年在四川大學(xué)杰出教授鐘本和先生帶領(lǐng)下，教育部磷資源綜合利用與清潔加工工程研究中心團隊取得了優(yōu)異的成績，并獲得了首屆“黃大年式教師團隊”榮譽。郭孝東教授帶領(lǐng)的磷基功能材料與新能源化工研究團隊，主要從事鋰離子電池，鈉離子電池等相關(guān)領(lǐng)域研發(fā)，依托教育部磷資源研究中心，開展了大量研究工作取得重要進展，此次報道的高鎳三元材料是目前最具市場競爭力的動力鋰離子電池正極材料。研究室從2010年開始進行三元等層狀氧化物正極材料相關(guān)研究，獲得了大量的成果，在Adv. Mater.、Adv. Energy. Mater.、Adv.Sci.等期刊上發(fā)表SCI論文52篇，相關(guān)專利10篇，相關(guān)研究工作已進入中
鋰離子電池具有循環(huán)壽命長、能量密度高和綠色環(huán)保等優(yōu)勢，是目前為止綜合性能最好的化學(xué)電源。鋰離子電池已經(jīng)在3C電子領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位，而且在動力電池方面也表現(xiàn)出了強勁的發(fā)展勢頭。其中，高鎳三元材料（NCA）由于其容量優(yōu)勢，在動力電池領(lǐng)域，具有較好的應(yīng)用前景。然而，高鎳三元材料(NCA)由于鎳含量的升高，在材料的制備過程中面臨著Li+/Ni2+混排等問題。此外，在充放電過程中，部分Ni2+容易從過渡金屬層八面體位置遷移到堿金屬層四面體，最終到堿金屬八面體，材料結(jié)構(gòu)由最初的層狀相轉(zhuǎn)變到巖鹽相。特別地，在循環(huán)過程中，材料的結(jié)構(gòu)（H1-M，M-H2，H2-H3）也在不斷變化，特別是H2-H3的相轉(zhuǎn)變，材料沿C軸變化劇烈，結(jié)構(gòu)遭受嚴(yán)重破壞，以及與電解液發(fā)生反應(yīng)使得材料結(jié)構(gòu)受損，最終導(dǎo)致電化學(xué)性能衰減。
因此，課題組研究人員通過引入聚陰離子和陽離子到材料中，使得材料的鋰層間距擴大，同時穩(wěn)定H1-M相轉(zhuǎn)變，抑制H2-H3相轉(zhuǎn)變，使得材料倍率性，循環(huán)穩(wěn)定性得到極大提升。本工作提出的聚陰離子和陽離子共摻雜策略對高鎳層狀氧化物正極材料的改性具有指導(dǎo)意義，可以進一步推廣到其他正極材料體系研究中，這為未來制備高性能鋰離子電池正極材料提供了新的思路。
Fig. 1 (a) XRD圖：NCA，NCA-PM1，NCA-PM；插圖代表相應(yīng)的（003）峰。(b-d) XRD精修圖：NCA，NCA-PM1，NCA-PM
Fig. 2 (a-c) SEM圖：NCA，NCA-PM1，NCA-PM3。(d) NCA-PM3橫截面元素分布圖。(e,f) HR-TEM圖：NCA，NCA-PM3，插圖為更低倍HR-TEM圖。
Fig. 3(a) NCA：高倍HAADF-STEM圖，插圖為相應(yīng)低倍HAADF-STEM圖。(b) (a)圖相應(yīng)區(qū)域傅里葉變換圖。(c) (a)圖相應(yīng)區(qū)域的高倍HAADF-STEM圖。d) NCA-PM3：高倍HAADF-STEM圖，插圖為相應(yīng)低倍HAADF-STEM圖。(e) (d)圖相應(yīng)區(qū)域傅里葉變換圖。(f) (d)圖相應(yīng)區(qū)域的高倍HAADF-STEM圖。
Fig. 4 (a)0.1 C倍率下首圈充放電曲線：NCA，NCA-PM1，NCA-PM3。(b)倍率圖：NCA，NCA-PM1，NCA-PM3。(c)1C循環(huán)圖。(d)5C循環(huán)圖。(e)55°C，1C高溫循環(huán)圖。(f)4.5V，1C循環(huán)圖。
Fig. 5 (a,b) dQ/dV曲線：NCA，NCA-PM3。(c)不同充電狀態(tài)XRD圖：NCA，NCA-PM3。(d)不同充電狀態(tài)下晶格參數(shù)：NCA，NCA-PM3。
Lang Qiu, Wei Xiang, Wen Tian, Chun-Liu Xu, Yong-Chun Li, Zhen-GuoWu,Ting-Ru Chen, Kun Jia, Dong Wang, Feng-Rong He and Xiao-Dong Guo*.Polyanion and cation co-doping stabilized Ni-rich Ni–Co–Al material as cathode with enhancedelectrochemical performance for Li-ion battery,doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.06.014.
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551930518X
作者簡介：
郭孝東：beat365教授，澳大利亞伍倫貢大學(xué)訪問教授，博士生導(dǎo)師，beat365院長助理，化學(xué)工程與工藝專業(yè)實踐訓(xùn)練教研室主任，四川大學(xué)百人計劃獲得者，四川大學(xué)優(yōu)秀青年基金獲得者，四川大學(xué)化工之星科技青年人才。主持國家自然青年項目，面上項目，四川省科技支撐計劃，企業(yè)橫向項目等十余項，參與國家863項目，國家重點研發(fā)計劃等多項。以第一作者/通訊作者在Adv. Mater.、Adv. Energy. Mater.、Adv.Sci.等期刊上發(fā)表SCI論文近百篇。
邱浪：beat3652017級碩士，主要研究方向包括高鎳三元正極材料結(jié)構(gòu)調(diào)控及改性。
