锂离子电池能储存更多能量吗？锂离子电池电动汽车能行驶得更远吗？近日，哈工大深圳校区材料科学与工程学院慈立杰教授团队在英国皇家化学学会旗下国际顶尖期刊《化学学会评论》（Chemical Society Reviews，影响因子46.2）上发表题为《锂离子电池层状富镍阴极的微观结构》（Microstructures of layered Ni-rich cathodes for lithium-ion batteries）的综述文章。文章系统综述了锂离子电池层状富镍阴极的微观结构的最新研究进展，为创造零碳排放世界带来新启示。
1976年，Stanley Whittingham首次发表可充电锂电池研究文章，文章一经发表便吸引了全球诸多科学家关注。1991年，锂离子电池实现商业化。2019年，该技术因“创造了可充电的世界”而被授予诺贝尔化学奖。目前，该技术已被规模应用于各类可移动电子设备、电动车及储能系统中。其中，基于层状氧化物阴极的锂离子电池已被广泛应用于新能源汽车，但它们的行驶里程较为有限，增加此类阴极中的镍含量是提升电池能量密度并缓解里程焦虑的关键策略。然而，高镍阴极微结构的稳定性与整体电化学性能会随着镍含量的不断升高而逐渐下降，严重阻碍其实际应用进程。
本论文作者团队的前期研究成果表明：高镍阴极的微结构失效（如：晶格结构变化、微裂纹、表面失效）及其引发的化学/电化学副反应是其电化学性能衰退的关键因素。本综述文章系统总结了锂离子电池高镍层状氧化物阴极微观结构方面的研究进展，对其失效机理、稳定策略和先进表征技术等内容进行了细致归纳与深入分析，并对未来研究方向进行展望，为发展性能稳定的高比容量富镍阴极材料提供了指导，为加速基于高镍阴极的锂离子电池在电动汽车等领域的大规模应用提供助力。
近年来，慈立杰教授团队致力于新型高能量密度电池关键材料、机制与器件等方面的研究，已在基础研究和产业应用方面取得一系列进展，相关研究成果以通讯作者身份发表于Chemical Society Reviews，Advanced Materials，Energy & Environment Science，Advanced Energy Materials，Advanced Functional Materials等高水平期刊上，已获授权国家发明专利50余项，得到学界和业界的广泛关注。硅基负极、固态电解质等团队开发的部分核心技术已实现成果转化。
该论文的第一作者为理学院助理教授陆敬予，通讯作者为助理教授陆敬予，材料科学与工程学院副教授李德平、教授慈立杰。该论文还得到了上海科技大学教授许超、澳大利亚新南威尔士大学博士Wesley Dose和英国阿伯丁大学博士Sunita Dey的支持。哈工大深圳校区为文章第一完成单位及唯一通讯单位。研究成果得到了国家自然科学基金、深圳市稳定支持基金等项目的支持。
图 富镍阴极微结构失效与稳定策略
