肖围教授课题组在《Chemical Engineering Journal》上报道了采用氟离子原位掺杂LiNi0.8Co0.15Al0.05O2正极材料提升结构稳定性的新策略

内容简述

近日，《化学工程杂志》(Chem Eng J)发表了化学与环境工程学院肖围教授课题组的最新研究成果，报道了氟离子原位掺杂LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂(NCA)正极材料提升结构稳定性的新策略。该方法条件可控，操作简单，适合规模化生产，有利于开发高性能锂离子电池正极材料。

论文题目为“Strengthened the structural stability of in-situ F⁻ doping Ni-rich LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂ cathode materials for lithium-ion batteries”，硕士研究生王家乐为论文第一作者，肖围教授为论文通讯作者。

层状富镍氧化物一直被认为是高能量密度锂离子电池极最具发展前景的正极材料。但由于循环寿命短、热稳定性差等问题，一直面临着技术瓶颈。离子掺杂被认为是一种最常见的改性策略，通过在晶格中引入阳离子或阴离子，可以提高NCA材料的循环性能，其操作简单，效果显著。其中，阴离子掺杂可避免活性电化学过渡金属离子的额外消耗，从而保证了NCA材料的放电比容量。

基于此，肖围教授课题组以NH₄F为氟源、LiOH⋅H₂O为锂源，与Ni_0.8Co_0.15Al_0.05(OH)₂前驱体均匀混合，随后置于富氧气氛中煅烧，得到了不同氟含量的Li Ni_0.8Co_0.15Al_0.05O_2-xF_x(0≤x≤0.1)复合正极材料。结果表明，F^-成功进入NCA晶格，且F^-掺杂量达到4%时，目标材料LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O_1.96F_0.04(NCA-4)具有最有序的层状结构和致密的表面形貌。此外，2.0 C，25 °C循环100次后，NCA-4仍具有157.8 mAh g⁻¹的放电比容量，容量保持率高达98.3%。即使在60 °C，5.0 C下，它仍然能提供142.6 mAh g⁻¹的放电比容量。性能显著提升主要归功于形成的金属-F键，将F^-引入晶格中，不仅有效稳定了晶体结构，保证了材料的完整性，而且防止了HF侵蚀，抑制了循环过程中极化程度的增加。因此，F^-原位掺杂策略为构建具有结构稳定性和电化学性能优异的锂离子电池层状富镍正极材料提供了新的思路。

       该研究工作得到了国家自然科学基金、湖北省杰出青年基金、湖北省青年拔尖人才培养计划项目的支持。

图文摘要

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135537