英文原题：Blow-Spinning Enabled Precise Doping and Coating for Improving High Voltage Lithium Cobalt Oxide Cathode Performance

通讯作者：姚宏斌, 中国科学技术大学

作者：Te Tian（田特）, Tian-Wen Zhang（张天文）, Yi-Chen Yin（殷逸臣）, Yi-Hong Tan（谭一弘）, Yong-Hui Song（宋永慧）, Lei-Lei Lu（卢磊磊）, Hong-Bin Yao（姚宏斌）

锂离子电池已广泛地应用于手机、便携式电子产品和电动汽车。其中的正极材料性能是限制其能量和功率密度的主要因素。目前有许多先进的正极材料已经被报道出来，例如富锂锰和富镍过渡金属氧化物，其研究也已取得很大进展。然而，这些材料依然面临严重的电压和容量衰减等重大问题。在已经商业化的正极材料中，钴酸锂（LiCoO₂）是最主要、最成功的正极材料。然而，对于商用的LiCoO₂正极材料，一般来说，它们使用的实际容量只占其理论容量的一半多一点。如此大的不可逆容量主要是由于当脱出多余0.5个Li时，存在严重的不可逆相变，造成电极材料容量的严重衰减。另一方面，正极电极材料在高充电电压时的界面恶化问题也严重地影响其循环稳定性。

近日，中国科学技术大学姚宏斌教授（点击查看介绍）课题组在Nano Letters 上发表论文，报道了该课题组通过喷气纺丝一步烧结制备了Mn、La精确共掺杂和富钛层包覆的LiCoO₂正极材料，获得了在4.5 V高电压下优异的倍率性能和循环稳定性。通过电池充放电曲线测试发现，Mn离子掺杂有效地抑制了高电压时LiCoO₂材料的相变。通过XRD和GITT的表征发现，La离子成功进入了LiCoO₂的晶格，使得LiCoO₂晶体层间距变大，Li⁺的迁移阻力减小，有效提高了材料的倍率性能。另外他们还发现，掺杂的Ti离子并不会进入LiCoO₂材料的晶格，而是会富集于材料的表面，形成一种富钛氧化物保护层，有效稳定了材料的界面，提高其循环稳定性。

图1. Mn⁴⁺和La³⁺掺杂机理电化学测试

图2. 富钛包覆层的HAADF-STEM表征

图3. 优化后的LiCoO₂正极的循环和倍率性能测试

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Blow-Spinning Enabled Precise Doping and Coating for Improving High-Voltage Lithium Cobalt Oxide Cathode Performance

Te Tian, Tian-Wen Zhang, Yi-Chen Yin, Yi-Hong Tan, Yong-Hui Song, Lei-Lei Lu, Hong-Bin Yao*

Nano Lett., 2019, DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04486

Publication Date: December 11, 2019

Copyright © 2019 American Chemical Society

导师介绍

姚宏斌

https://www.x-mol.com/university/faculty/26727

（本稿件来自ACS Publications）