引言：

锂离子电池因其高能量密度和高功率密度等优势在便携式电子设备和交通工具中有着较好的应用前景，目前，制备高性能正极材料成为限制其应用的因素之一，因此，正极材料的研究格外热门。富镍层状正极材料在4.5V电压下有着200mAh/g以上的放电容量，是现如今被广泛研究的正极材料之一。通常，人们通过表面修饰、制备纳米结构颗粒等手段来提高正极材料电化学性能，本文则通过以共沉淀和水热法联合，制备出富含{010}晶面族的富镍正极材料LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂，(110)、 (100)和(010)晶面均有利于Li⁺脱嵌。

图1 (001) 和 (010) 晶面族中的锂离子传输路径

本文将Ni(CH₃COO)₂•4H2O、Co(CH₃COO)₂•4H2O、Mn(CH₃COO)₂•4H2O按照0.70:0.15:0.15的化学计量比配成溶液，在Ar气与NaOH溶液中反应生成Ni_0.7Co_0.15Mn_0.15(OH)₂前驱体，反应过程中用NH₃•H₂O调节pH 值为11；然后在混合物中加入PVP再置于水热釜中在150℃下反应4 h，取出离心、预烧，最后加入LiOH•H₂O混合煅烧得到LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂。其中PVP 起着表面导向生长剂的作用，促使前驱体形成纳米片

图2 （a）前驱体、（d）正极材料XRD衍射谱；（b）（c）前驱体、（e）（f）正极材料SEM图像

从图2中的XRD中可以看出，该材料具有层状α-NaFeO₂型结构的特征峰，从SEM图片中可以看出其为约300nm的纳米片，有轻微团聚。

图3 LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂的TEM图像

图3中I区和 II区中晶格条纹间距为0.475 nm，归属于R3̅m 的(003) 面，意味着材料沿c轴方向生长，有更多(110)， (100)和(010)晶面暴露，利于Li⁺脱嵌。

图4 (a) 在0.2C充放电流下，不同上截止电压的循环性能 ；以及充放电曲线：(b) 2.7−4.3 V, (c) 2.7−4.5 V, and (d) 2.7−4.6 V

如图4所示，截至电压越高，工作电压、容量衰减越快，表明高压会导致结构变化；但相较于已经报道的富镍正极材料，本文制备的LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂在高压下循环性能明显更好。

图5 （a）倍率性能曲线；（b）对应的放电曲线

如图 5（a），在0.2 C下充电至4.5V，分别在 0.2、0.5、1、2、 5和10 C放电至 2.7V, 首次放电容量分别为196.0、185.6、177.9、168.6、155.6和143.0 mAh g⁻¹，最后在0.2 C 下放电；值得一提的是，在10C下放电后，容量依然能稳定维持在140.4 mAh g⁻¹；这种优越的倍率性能要归功于众多的(010)、(100)和(110) 晶面为Li⁺的脱嵌提供了良好环境。

图6 1C下的充放电循环性能

如图6，在1C下首次放电容量和首次库伦效率分别为175.1 mAh g⁻¹和81.9%；循环100圈后，维持在147.8 mAh g⁻¹ (84.4%的容量保持率)。意味着本文制备的LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂富镍正极材料有着快充快放的能力。

本文通过联合共沉淀法和水热法，制备出富含{010}晶面族的富镍正极材料LiNi_0.7Co_0.15Mn_0.15O₂，暴露出更多的(110)， (100)和(010)面，有利于Li+脱嵌 ，Li+迁移率高，材料具备高循环稳定性和高倍率性能。

论文链接：Tian J, Su Y, Wu F, et al. High-rate and cycling-stable nickel-rich cathode materials with enhanced Li+ diffusion pathway[J]. ACS applied materials & interfaces, 2015, 8(1): 582-587.