武漢理工大學麥立強Sci. Bull.：一種獨特的表面修飾層優化富鋰材料儲鋰性能

【引言】

便攜式電子設備和電動汽車的快速發展對鋰離子電池提出了高能量密度、高功率密度、低成本和長使用壽命的要求。在目前的商業化鋰離子電池中，相比于石墨負極（理論容量為372 mAh g^–1），正極材料較低的比容量，如鈷酸鋰（150 mAh g^–1）成為限制電池發展的瓶頸。在眾多的正極材料中，富鋰層狀氧化物材料由于其具有極高的比容量（>250 mAh g^–1）和工作電壓（> 3.5 V vs. Li⁺/Li）而引起了廣泛的關注。然而，在充放電過程中由層狀向尖晶石相的不可逆相變而引起的較差的循環和倍率性能限制了其應用發展。

【成果簡介】

為了優化電極材料的電化學性能，武漢理工大學麥立強教授課題組提出了一種普適的碳包覆技術 (Nano letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b03982)。在此方法的基礎上，他們又巧妙地在富鋰材料表面構筑了一層獨特的鎳鈷納米點鑲嵌的碳包覆層，相關研究成果以“Novel MOF shell-derived surface modification of Li-rich layered oxide cathode for enhanced lithium storage”為題, 于2017年12月13日在Science Bulletin上在線出版。該修飾后的富鋰層狀氧化物電極材料表現出優異的循環和倍率性能，其在0.4 C的電流密度下循環100圈容量保持率可達95%，在2 C的電流密度下循環300圈容量保持率可達90%，在5 C的電流密度下可逆比容量仍達159 mAh g^–1。

【圖文導讀】

圖1 鑲嵌有鎳鈷合金納米點的碳包覆的富鋰層狀氧化物材料的結構示意圖；包覆前后材料在0.4 C電流密度下的循環性能對比；包覆前后材料在0.4 C電流密度下循環50圈后的選區電子衍射圖。

【小結】

本文提出的在富鋰材料表面構筑一層獨特的鎳鈷納米點鑲嵌的碳包覆層的方法提高了富鋰材料的電子電導率，降低了離子擴散阻抗，并提供了穩定的保護結構，抑制了循環過程中材料表面由層狀向尖晶石相的不可逆相變，避免了電極材料與電解液接觸時表面副反應的發生，為能源存儲中高性能電極材料的設計開辟了新的道路。該項目由國家重點研發計劃（No. 2016YFA0202603）和國家重點基礎研究發展計劃（No. 2013CB934103）等提供支持。

文獻鏈接：Zhitong Xiao, Jiashen Meng, Qi Li, Xuanpeng Wang, Meng Huang, Ziang Liu, Chunhua Han, and Liqiang Mai. Novel MOF shell-derived surface modification of Li-rich layered oxide cathode for enhanced lithium storage. （Science Bulletin, 2017, Doi : 10.1016/j.scib.2017.12.011）

本文由Science Bulletin編輯部供稿，材料牛編輯整理。

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