第一作者：Huan Chen

通訊作者：溫兆銀，鹿燕，陸俊

通訊單位：中國科學院上海硅酸鹽研究所，浙江大學

溫兆銀，現任中國科學院上海硅酸鹽研究所能源材料研究中心主任，固態二次電池及材料課題組長。主要研究方向：固體電解質材料及制備科學研究，固態鋰/鈉電池及其材料研究，氫/氧離子固體電解質及氫能技術應用研究。

鹿燕，中國科學院上海硅酸鹽研究所研究員，博士生導師。2019年獲得澳大利亞優秀青年基金項目。主要研究方向：1.高比能鋰/鈉二次電池關鍵材料設計制備及性能優化；2. 寬溫域液態/固態電解質設計及性能優化；3. 固態鋰/鈉二次電池關鍵材料開發應用及界面優化。

陸俊，浙江大學化學工程與生物工程學院求是講席教授，博士生導師，國家級高層次人才。研究方向：電化學能源儲存及轉換。在2018?2022年連續入選科全球高被引科學家。

論文速覽

富鎳層狀氧化物正極材料LiNi_xCo_yMn_zO₂（NCM）作為下一代鋰離子電池（LIBs）的候選材料，以高理論比容量、快速的電子/離子傳輸速率和高輸出電壓而備受關注。然而，其在實際應用中受到界面不穩定性、晶體不可逆相變和顯著的容量損失等問題的限制。

本研究提出了簡單且可規?；姆椒▉碇苽渚哂谐錾Y構穩定性和倍率性能的梯度正極材料（M-NCM）。利用Ni²⁺與氨的強配位作用和KMnO₄的還原反應，在前驅體準備階段合理調整了富鎳正極的元素組成，實現了表面Ni的消耗和Mn的富集。通過原位和非原位技術深入研究表明，組分的梯度設計在穩定晶體結構、有效減輕Li/Ni混合和抑制表面寄生反應方面發揮了關鍵作用。

結果表明，M-NCM正極在200個循環后保持了98.6%的容量，并在15C時展現出107.5mAh g^-1的快速充電能力。此外，配置石墨負極的1.2Ah軟包電池展示了超過500個循環的壽命，容量損失僅8%。

圖文導讀

圖1：構建梯度富鎳正極的表面配位和沉積策略的示意圖。

圖2：原始富鎳（P-NCM）正極和M-NCM正極的形態和原子結構特征。

圖3：P-NCM和M-NCM電極在半電池和全電池中的電化學行為。

圖4：P-NCM和M-NCM樣品在循環過程中的化學環境。

圖5：富鎳正極的晶體結構和相穩定性。

總結展望

本研究通過氨配位和KMnO₄還原沉積的兩步法，設計了高度穩定的梯度富鎳正極材料（M-NCM）。該材料在電化學性能上表現出色，具有98.6%的高容量保持率和15C下的107.5mAh g^-1的快速充電能力。此外，1.2Ah軟包電池在超過500次循環后僅損失了8%的容量，顯示出優異的長期循環穩定性。

這些結果證明了通過成分梯度設計可以有效提高正極材料的結構穩定性和電化學性能，為開發長壽命、高能量密度的鋰離子電池提供了新策略。

文獻信息

標題：Surface Gradient Ni-rich Cathode for Li-ion Batteries

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202401052