近日，华东理工大学材料科学与工程学院教授江浩和化工学院教授李春忠在锂离子电池富镍单晶三元正极材料理性设计和创新制备方面的取得新进展，为设计和合成具有优异循环稳定性的高比能单晶富镍三元正极材料提供了理论指导和技术支持。相关研究在线发表于《美国科学院院刊》。
单晶富镍三元正极材料在压实密度和安全性能等方面具有突出优势，也是下一代全固态电池正极材料的首选。如何预测其最佳粒径，并在实验上获得验证，具有重要意义。
研究团队以LiNi0.83Co0.12Mn0.05O2（NCM83）正极材料为例，通过理论分析和模型，动态定量描述了单晶颗粒应力分布，澄清了应力与粒径的动态关系，建立了断裂能与表面能随粒径变化的关系曲线，实现了长寿命大单晶粒径的理论预测，指出NCM83最佳颗粒尺寸为3.7微米。进一步地，研究人员基于Ostward熟化定律，建立了温度-粒径-煅烧时间之间的关系，发展了高温短时脉冲锂化技术精准调控高质量单晶粒径的新方法，成功合成了粒径3.7微米的NCM83单晶颗粒，其应力分布更加均匀，软包全电池循环1000周后，容量保持率高达88.1%。
单晶富镍三元正极材料关键问题、解决思路及实验结果图片来源于《美国科学院院刊》
相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2317282121
