开发新一代层状氧化物阴极,是发展高能量密度电动汽车锂离子电池迫切关注的问题.目前有一种方法是不断提高镍基层状氧化物中的镍含量,但这一方法的极限是LiNiO2.为了突破这一极限,获得更高的能量密度,近年来备受关注的一种方法是在过渡金属层中引入过量的锂离子,形成Li2MO3 (M是过渡金属阳离子).然而,还有一种一直被忽视的方法是在过渡金属层和原始Li层之间插入一层额外的Li离子,形成Li2MO2.本研究中,我们选择了典型的Li2NiO3和1T-Li2NiO2作为代表,从理论角度综合比较了Li2NiO3、1T-Li2NiO2和LiNiO2的各项电化学性能.我们发现,不同于LiNiO2中发生的Ni3+/Ni4+单电子阳离子氧化还原,在Li2NiO3中存在着伴有极化子的阴离子氧化还原.而在Li2NiO2中,则发生了伴有绝缘体到金属转变的Ni2+/Ni4+双电子氧化还原.在这三种材料中,由于Li2NiO2具有双电子氧化还原活性,其在容量、能量密度、电导率和热稳定性等方面都表现优异,是最有希望突破LiNiO2极限的下一代层状氧化物阴极材料.虽然Li2NiO2具有脱锂过程中的体积变化较大的缺点,但我们提出了两种可能的解决方法:在Li层中掺杂Na和在TM层中掺杂Mo,都获得了不错的效果.这一工作为如何突破Li-NiO2的能量密度极限,开发下一代具有高能量密度的层状氧化物阴极提供了新的思路.

贾怡宁;叶耀坤;刘佳华;郑世胜;林伟成;王竹;李舜宁;潘锋;郑家新

中国科学：材料科学（英文）

[1]贾怡宁;叶耀坤;刘佳华;郑世胜;林伟成;王竹;李舜宁;潘锋;郑家新-.打破LiNiO2的能量密度极限:Li2NiO3还是Li2NiO2?)[J].中国科学：材料科学（英文）,2022(04):913-919

Li2NiO3,Li2NiO2,Li2MO3,Li2MO2,NiO2

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