肖围教授课题组在《Journal of Power Sources》上报道基于卤化物快离子导体包覆三元正极材料的新策略

内容简述：

近日，《电源杂志》（J. Power Sources）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，报道了基于卤化物快离子导体的包覆三元正极材料的新策略。该研究采用溶胶-凝胶法将LiCl、InCl₃与LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂正极材料经分散、低温煅烧等工艺制备了目标复合三元正极材料Li₃InCl₆@ LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(LIC@NCM523)，系统研究了LIC含量对复合材料形貌、结构以及电化学性能的影响。该改性策略有利于降低Li⁺/Ni²⁺混排程度、减少表面残锂，得到高循环稳定性与倍率性能的复合正极材料。

论文题目为“Optimized layered ternary LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂ cathode materials modified with ultrathin Li₃InCl₆ fast ion conductor layer for lithium-ion batteries”，硕士研究生刘程锦为论文第一作者，肖围教授为论文通讯作者。

LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂(0<x, y<1; NCM)三元正极材料因其高理论比容量被认为是极具潜力的下一代锂离子电池正极材料。然而，反复锂脱嵌过程中，NCM正极不可避免地遭受过渡金属溶解、不可逆相转变及微裂纹产生等问题，最终致使材料稳定性恶化与容量衰减。金属氧化物、氟化物及磷酸盐等表面修饰NCM正极材料已被证明是一种抵御有机电解液浸蚀的有效措施。然而，多数材料离子电导率较低，不仅增加了不可逆容量，还一定程度上削弱了倍率性能。因此，优化正极材料与电解液间的界面稳定性，从而实现优异电化学性能仍具有挑战性。

基于此，肖围教授课题组以LiCl与InCl₃为原料、乙醇为溶剂，通过溶胶-凝胶法在LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂(NCM523)正极材料表面均匀包覆Li₃InCl₆(LIC)快离子导体层。结果表明，该改性策略不仅减少了表面残锂量，而且降低了锂镍混排度。1.0 C，25 °C下循环200次后，2wt%LIC@NCM523-2复合正极的放电比容量仍有130.5 mAh g⁻¹，容量保持率为76.8%。即使1.0 C，60 °C下循环200次后，放电比容量也有108.8 mAh g⁻¹。5.0 C快速切换到0.1 C，该复合电极也能从128.2 mAh g^-1轻易地恢复到164.3 mAh g^-1。改进的电化学性能可归因于合适LIC层能保护活性颗粒免受电解液的腐蚀，不仅稳定了材料的内部结构，并促进Li⁺ 离子的传输。该改性策略为高性能正极材料的开发与利用提供了新的研究方向。

       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.jpowsour.2023.232961