正极材料的力学本能是直接影响锂离子电池寿命的关键要素之一。但是，怎样懂得现有正极材料的机器降解确实切机理依然是一个远大的挑战。为了抬高能量密度，有需要开拓具备高可逆容量和高办事电压的锂离子正极材料。在这方面，具备层状机关的锂过渡金属氧化物和通式LiMO2（此中M=Ni、Co和Mn）已获得深入钻研，由于其电化学本能可经由把持过渡金属的化学成份实行调换。经由添加材猜中Ni的含量（≥60%），在较高的办事电压下，更多的Li+能够可逆地存在于机关中，这是由Ni2+/Ni4+的氧化复原反响把持的。在推广中，与商用LiCoO2比拟，LiNixCoyMnzO2（NCM）正极在高办事电压下体现出更高的可逆容量。克日，韩国庆熙大学Min-SikPark老师和韩国电子手艺钻研所高档电池钻研重心Ji-SangYu钻研员配合对正极材料（特殊是具备层状机关的正极材料）的机器强度（如颗粒硬度）与轮回本能之间的关联实行了对照钻研，该团队经由镁搀杂抬高正极材料的颗粒硬度，能够灵验地制服轮回历程中颗粒内部的不良微裂纹的孕育，进而抬高轮回本能。为了进一步解析LIBs在反复轮回历程中的机器降解机理，以及抬高现有正极材料的电化学本能和永远经久性，实行结束洽商电化学解析。
为了钻研颗粒硬度与正极材料电化学本能之间的关联，做家采纳旧例共沉没法合成了P-NCM和Mg-NCM，该办法是经由MgCO3先驱体将P-NCM与Mg搀杂，可灵验改进颗粒的机器本能，进而孕育具备巩固颗粒硬度的Mg-NCM。在开头的钻研中，经由改动MgCO3先驱体（1、2和3wt%）的量来优化Mg搀杂程度，如图1a所示。开头事实声明用1wt%MgCO3制备的Mg-NCM具备最好本能。图1b–c中别离展现的P-NCM和Mg-NCM粒子的FESEM图象声明胜利合成了均匀尺寸约为8μm的球形次级粒子，此中每个粒子由纳米级低级粒子（–nm）构成。别的，与P-NCM粒子比拟，Mg-NCM粒子具备更多的面状表面。这归因于镁的存在推进了低级粒子的晶体成长。别的，图1d-e中别离展现的P-NCM和Mg-NCM颗粒的横截面FESEM图象声明，颗粒之间没有显著不同。
图1.原始和搀杂Mg的NCM颗粒：（a）应用MgCO3先驱体的Mg搀杂历程示用意；（b）PNCM和（c）Mg-NCM的FESEM图象；（d）P-NCM和（e）Mg-NCM的横截面FESEM图象。
P-NCM和Mg-NCM粉末X射线衍射（XRD）图（图2a）中的一共反射都很好地解释了该机关为六边形机关，属于R-3m空间群。Mg搀杂致使()峰向低布拉格角偏移，同时c点阵参数有小的膨胀。这类尺寸改动重要归因于主体机关的部份Mg搀杂。别的，在Mg-NCM的图谱中未探测就任何杂质或次级相（比方MgO）的不良孕育。别的，ICP-MS解析证明白Mg-NCM颗粒中Mg的正确含量为1.8at.%（图2b）。与预期的同样，在合成历程中经由添加MgCO3的含量来添加主体机关中的Mg含量，这与所检察到的Mg-NCM的（）XRD峰位移一致。图2.P-NCM和Mg-NCM颗粒的成份表征：（a）粉末X射线衍射图和夸大图中（）峰的对照；（b）ICP-MS解析肯定的化学成份；（c）XPSMg2s光谱，以及（d）Mg-NCM中Mg的响应EDS线剖面。
做家对P-NCM和Mg-NCM正极的电化学行动实行了钻研，以解析镁搀杂的有益影响。在0.1、0.2、0.5、1.0和2.0C的不同恒流前提下，P-NCM和Mg-NCM正极在3.0-4.3Vvs.Li/Li+范畴内的恒流电压散布如图3a-b所示。在低电流密度的0.1C(18mAg-1)下,PNCM展现一个榜样的层状正极材料的电压弧线,可逆容量为mAhg-1和初次库仑效率为99.0%。Mg-NCM具备如同的电化学行动，其可逆容量和初始库仑效率无显然不同。别的，纵使在2.0C（mAg-1）的高电流密度下，两个正极材料都显示出mAhg-1的高可逆容量。这声明，在办事前提下，Mg搀杂对NCM单次轮回的电化学本能没有显著影响。但是，当在50次轮回后（图3c），在1.0C（mAg-1）的恒定电流密度下的轮回本能时，P-NCM正极显示出逐步的容量衰减，而Mg-NCM正极维持稳固的轮回本能。经由50次轮回后，Mg-NCM正极的容量维持率为96.2%，高于PNCM的89.9%。图3.关于（a）P-NCM和（b）Mg-NCM，在3.0–4.3Vvs.Li/Li+电压范畴内的恒流电压散布与不同电流密度下的关联。在（c）3.0–4.3Vvs.Li/Li+和（d）3.0–4.4Vvs.Li/Li+的电压范畴内，P-NCM和Mg-NCM在50次轮回期间的容量维持率。
本文从机关角度论证了NCM阴极的颗粒硬度与电化学本能之间的关联。试验和理论钻研声明，Mg搀杂能够抬高NCM粒子的机器强度（如硬度），进而对NCM正极的轮回本能孕育主动的影响。Mg的搀杂灵验地制服了颗粒中微裂纹的孕育，由于Mg能够在屡次的Li+嵌入和脱嵌历程中巩固粒子的机关。基于P-NCM和Mg-NCM正极的颗粒硬度与电化学本能的联系性，做家以为颗粒硬度是决意NCM正极永远轮回稳固性的关键要素之一。因而，本钻研事实将为锂电池高本能正极材料的开拓供应一个有用的指示影响，在锂离子屡次嵌入和脱嵌历程中，取舍性搀杂能够抬高粒子的硬度，灵验地制服粒子内部微裂纹的孕育。别的，这类办法不用限定于高镍含量的正极材料；它也合用于今朝大大都可用的正极材料以及正在开拓的正极材料。文件链接：JanghyukMoon,etal.Thecorrelationbetweenparticlehardnessandcycleperformanceoflayeredcathodematerialsforlithium-ionbatteries.J.PowerSources().
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