近期，我校物理与电子学院白莹教授课题组在锂离子电池界面调控领域取得新进展，相关成果以“Enhancing the structure stability of Ni-rich LiNi0.6Co0.2Mn0.2 cathode via encapsulating in negative thermal expansion nanocrystalline shell”为题在《Nano Energy》上发表。我校硕士研究生杜楷为论文第一作者，赵慧玲博士和白莹教授为论文共同通讯作者。
锂离子电池具有能量密度大、输出电压高循环寿命长、环境污染小等优点，已在便携式数码电子产品中获得广泛应用，在电动汽车、大型储能、航空航天等领域亦具有广阔的应用前景。作为锂离子电池重要组成部分的正极材料是决定电池整体性能和价格的重要因素。高镍三元正极材料因其高能量密度和低成本成为重要的优选材料之一。然而，高镍三元正极材料面临长循环和高温循环下热稳定性较差，内应力积聚导致材料膨胀产生裂纹，电解液渗入裂纹并与三元材料产生过度副反应，从而导致电池整体电化学性能快速衰退等问题。
在该研究工作中，白莹课题组将一种典型的负热膨胀材料ZrV2O7包覆于高镍三元正极材料LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2表面，利用ZrV2O7负热膨胀材料独特的升温收缩特性，在电池长循环发热或高温情况下“主动”收缩，从而“原位”限制正极活性材料热膨胀，一方面优化了包覆层和正极材料的界面兼容性，抑制界面阻抗增长，另一方面可有效地改善活性材料电化学过程中的结构稳定性，明显提升材料的电化学性能。该研究工作为利用二次离子电池界面的构筑和调控改善电池性能提供了新途径，对设计高能量密度高稳定性的先进二次离子电池提供了新的研究思路和技术手段。同时，负热膨胀功能性材料首次在二次电池正极界面工程学中的应用，更有利于推动不同研究领域间的交叉融合与共同进步。
本研究工作受到国家自然科学基金面上项目、国家重点研发计划子课题、河南省教育厅科技创新团队、河南省教育厅科技创新人才、河南大学杰出青年培育基金等经费的资助。
图1. 负热膨胀材料ZrV2O7“主动”限制LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2热膨胀示意图
图2. 原位XRD探究ZrV2O7对电极循环过程中微结构变化的抑制作用
《Nano Energy》是国际著名出版社Elsevier旗下的知名期刊，主要刊登材料科学与纳米领域最新的科研进展，2020年最新发布的影响因子为16.602。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2211285521000331
