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清華邱新平/礦大初茉Nano Energy：共晶熔鹽處理顯著提高無鈷富鋰正極性能

富鋰層狀氧化物（LLOs）因其非凡的能量密度和低成本而成為下一代鋰離子電池最有前景的正極之一。然而，陰離子氧化還原反應(yīng)不可避免地使氧骨架不穩(wěn)定并造成氧釋放，從而導(dǎo)致電壓衰減和容量衰減。盡管在無鈷鐵取代材料中可以實(shí)現(xiàn)較少的電壓衰減，但它們?nèi)匀淮嬖趪?yán)重的過渡金屬（TM）溶解和較差的動(dòng)力學(xué)。

清華大學(xué)邱新平、中國礦業(yè)大學(xué)初茉等開發(fā)了一種新型共晶熔鹽處理策略。通過控制LiF-MgF₂-CaF₂三元鹽的熔化和凝固，在無Co的Fe取代富鋰正極Li_1.2Ni_0.13Fe_0.13Mn_0.54O₂中同步進(jìn)行了堅(jiān)固的氟化物涂層和功能摻雜。

圖1 樣品制備過程示意圖

熔融氟化物具有高流動(dòng)性，可潤濕顆粒表面并形成集成層。受益于這種堅(jiān)固的保護(hù)層，有效減少了氧氣的釋放，并顯著抑制了TM溶解。高溫工藝還允許元素?fù)诫s，從而改善Li⁺擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)并進(jìn)一步穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)。此外，還實(shí)現(xiàn)了更好的熱穩(wěn)定性。

圖2 改性正極的電化學(xué)性能

因此，改性正極實(shí)現(xiàn)了240.6 mAh g^-1的更高初始放電容量以及5 C下的顯著提高的倍率性能（121.2 mAh g^-1）。并且在0.2C下循環(huán)120次后，仍可保持90.1%的初始容量，電壓衰減也得到了抑制。這種熔鹽處理策略可以推廣到改性其他電極材料。

此外，考慮到退火溫度和摻雜元素的影響，還可以優(yōu)化熔鹽的成分，以更好地匹配不同的電極材料。作者相信，通過使用低成本和低毒性的熔鹽，這種簡便的處理策略可以在未來廣泛應(yīng)用于商業(yè)化的LIBs。

圖3 循環(huán)后正極分析

Enhance performances of Co-free Li-rich cathode by eutesctic melting salt treatment. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106760

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