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富鎳正極材料，如LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC811），由于其高能量密度而有助于提高下一代鋰電池的電池能量。然而，NMC811及以上材料存在一些問題，如對濕氣敏感、裂紋和產生氣體，這些問題阻礙了其在電動汽車電池中的大規模應用。

在此，美國西太平洋國家實驗室肖杰研究團隊探索了一種納米級相分離方法，用于合成高性能單晶NMC811，該方法適用于工業制造。關鍵在于將具有良好形態的過渡金屬氫氧化物（TM(OH)₂）前體轉化為過渡金屬氧化物（TMO）中間體，然后再與鋰鹽反應。由于尖晶石和巖鹽相同時形成，TMO中Ni的納米級重新分布有助于分散后期形成NMC811晶體團簇。

圖1. 材料結構表征

總之，本工作通過可擴展的固態方法，實現了一種合成單晶NMC811的新方法。TM(OH)₂的分解導致TMO的形成，與LiOH反應后有助于單晶NMC811的生長。使用較小的TM(OH)₂前體可以更好地控制顆粒尺寸，并減少單晶之間的團聚。

直接合成單晶NMC811為大規模制備先進鋰電池的單晶正極材料提供了一個新的方向，為解決富鎳正極材料制造的挑戰提供了更具成本效益的解決方案。

圖2. 在鋰離子軟包電池中驗證了合成的單晶NMC811

Simultaneous Single Crystal Growth and Segregation of Ni-Rich Cathode Enabled by Nanoscale Phase Separation for Advanced Lithium-Ion Batteries Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102947

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?肖杰EnSM：通過先進鋰離子電池的納米級相分離實現富鎳正極的單晶生長和偏析

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