肖围教授课题组在《Chemical Engineering Journal》上报道多功能聚硅氧烷包覆LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2正极材料同时提升材料结构和界面稳定性的新策略

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最新研究成果，报道了多功能聚硅氧烷(MPS)包覆LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂(NCM83)正极材料保证结构稳定性的同时提升界面稳定性的新策略。

论文题目为“Revealing the origin of enhanced structural stability for nickel-rich LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂  cathodes in situ modified with multifunctional polysiloxane”，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 (0.6≤x<1, NCM)高镍三元正极材料凭借低制备成本、高理论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，商业化应用受限于不稳定的结构及电极与电解质界面。利用氧化物、磷酸盐、氟化物及含锂化合物等对NCM正极材料表面进行修饰已被证明是一种有效改性措施。然而，无机包覆材料不足以缓解NCM正极在循环过程中产生的各向异性的应力应变，且多数包覆材料并不能从根本上解决HF侵蚀的问题。因此，优化正极材料与电解液之间的界面稳定性仍具有挑战性。

基于此，肖围教授课题组提出以正硅酸四乙酯(TEOS)为原料，乙醇为溶剂，通过TEOS水解缩聚反应在NCM83正极材料表面均匀包覆多功能MPS保护层。结果表明，MPS保护层紧密包覆在NCM83材料表面，当TEOS的添加量为2 mol%时，包覆层厚度约为7 nm，该复合正极表现出优异的电化学循环稳定性，在25 °C和1.0 C条件下，经历150次循环后容量保持率高达81.8 %；即使在60 °C和1.0 C条件下，经历200次循环后容量保持率仍有78.7 %。TEOS改性过程不仅减少了材料表面的痕量水，从根本上减少HF的生成，而且显著降低了NCM83表面残锂含量，减少了正极与电解液之间的副反应。此外，MPS作为物理保护层一定程度上减少了NCM83被HF侵蚀的可能性。更重要的是，柔性MPS层有利于缓解NCM83在循环过程中产生的各向异性应力应变，减少了微裂纹的产生。同时，MPS抑制了电池在循环过程中的气体释放，提升了电池的安全性。因此，多功能MPS包覆改性策略对于同时提升锂离子电池富镍正极的结构完整性与界面稳定性具有重要的指导意义。

       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、荆州市科技计划、湖北省青年拔尖人才培养计划等项目的支持。

图文摘要：

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.152078