随着全球能源危机与环境污染问题的日益突出，电动汽车实现了“爆炸式”增长。锂离子电池富镍层状正极材料因可逆容量高、成本低等优点被认为是最有希望的下一代电动汽车用动力电池正极材料，然而界面稳定性差、二次颗粒内部结构衰退等问题严重阻碍其规模化应用。
近日，我校材料科学与工程学院李灵均副教授团队与厦门大学张桥保助理教授、美国阿贡国家实验室陆俊教授、内布拉斯加大学林肯分校、布鲁克海文国家实验室等海内外团队合作，在高能量密度锂离子电池双重修饰富镍正极材料方面取得了突破性进展。研究团队以锂离子电池高容量富镍正极材料LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2为研究对象，从分析Ti和La在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面的迁移势垒出发，发现Ti掺入体相而La逃离至表面的状态为体系能量最低的状态即稳定状态。根据理论计算结果，合理设计并同步合成了Ti掺杂&La4NiLiO8包覆（简写为Ti&LaMO）的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极材料。
该材料具有优异的电化学性能，特别是在高温（60℃）1 C倍率下经过150次循环后，双重修饰材料的容量保持率比纯相富镍材料提高了近两倍。对循环后材料进行透射电镜分析发现，双重修饰能有效抑制富镍材料在循环过程中表面纳米尺度的结构退化，从而增强富镍材料的表面稳定性。此外，研究团队采用全场透射X射线显微成像对循环前/后的正极材料进行可视化研究，证明双重修饰抑制了正极材料二次颗粒内微裂纹的产生与循环过程中微裂纹扩展，并揭示了循环后富镍材料二次颗粒间Ni3+的不均匀分布得到抑制，材料二次颗粒的结构稳定性显著提升。这一发现为锂离子电池富镍材料的开发应用提供新的思路和理论指导，助力高能量密度锂离子动力电池发展。
该工作以长沙理工大学为第一单位发表在材料领域著名期刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials），论文第一作者为长沙理工大学在读硕士研究生杨慧平，李灵均副教授为论文第一通讯作者。该研究得到国家自然科学基金（51774051, 51304031, 21703185）、长沙市杰出创新青年培养计划、国家重点研发项目（2018YFB0905400）、美国能源部等多项基金的支持。
论文链接如下：
Simultaneously Dual Modification of Ni-Rich Layered Oxide Cathode for High-Energy Lithium-Ion Batteries. Adv. Funct. Mater. 1808825 (2019) DOI: 10.1002/adfm.201808825，https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201808825
《Advanced Functional Materials》于2001年创刊，是德国Wiley出版社旗下顶级期刊，当前影响因子13.325，主要关注材料科学、纳米技术、化学、物理等领域最前沿的工作。
