【研究(jiu)背景(jing)】
人(ren)們對(dui)高能(neng)量(liang)存儲系(xi)統的(de)巨(ju)大(da)興趣促使鋰離子電(dian)(dian)池（LIBs）的(de)快速發展，且研究的(de)重點集中在于(yu)電(dian)(dian)池能(neng)量(liang)的(de)增加(jia)。特(te)別是，隨著LIBs應用擴大(da)到大(da)規模的(de)能(neng)量(liang)存儲系(xi)統，實現高容量(liang)能(neng)量(liang)密度和功率密度已成(cheng)為主(zhu)要(yao)焦點。因此，在電(dian)(dian)極制造過程中需要(yao)高負載水平和苛刻的(de)壓(ya)延工(gong)藝，以滿(man)足電(dian)(dian)池高體積能(neng)量(liang)密度的(de)要(yao)求。
傳統(tong)的(de)(de)(de)高(gao)鎳正極(ji)(ji)材料(liao)(liao)由(you)于(yu)其多晶(jing)性(xing)(xing)和二次粒子形(xing)(xing)貌(mao)，在(zai)(zai)(zai)電(dian)化學循環過程中(zhong)，特別是在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫下，會產生反應不均(jun)勻性(xing)(xing)。盡管人(ren)們對多晶(jing)富鎳材料(liao)(liao)的(de)(de)(de)形(xing)(xing)態演化進(jin)行(xing)了(le)深入的(de)(de)(de)研究，但其在(zai)(zai)(zai)電(dian)極(ji)(ji)和電(dian)池水平(ping)上的(de)(de)(de)實際應用仍然很(hen)少(shao)。在(zai)(zai)(zai)工業電(dian)極(ji)(ji)制造條件(jian)下，人(ren)們發(fa)現了(le)多晶(jing)高(gao)鎳正極(ji)(ji)材料(liao)(liao)在(zai)(zai)(zai)高(gao)能全電(dian)池中(zhong)的(de)(de)(de)固有(you)局限性(xing)(xing)。由(you)于(yu)其化學機械性(xing)(xing)質(zhi)極(ji)(ji)不穩定，首次循環后(hou)高(gao)鎳材料(liao)(liao)也(ye)會在(zai)(zai)(zai)電(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)(de)縱向方向上發(fa)生降(jiang)解。高(gao)鎳材料(liao)(liao)在(zai)(zai)(zai)電(dian)極(ji)(ji)水平(ping)上的(de)(de)(de)這種(zhong)不均(jun)勻降(jiang)解行(xing)為源(yuan)于(yu)表(biao)面活性(xing)(xing)物質(zhi)的(de)(de)(de)過度利用，在(zai)(zai)(zai)長(chang)期循環過程中(zhong)造成(cheng)了(le)嚴重的(de)(de)(de)不均(jun)勻電(dian)位(wei)分(fen)布。此外(wai)，這種(zhong)現象持(chi)續(xu)降(jiang)低了(le)鋰離(li)子的(de)(de)(de)可逆性(xing)(xing)。
【成果簡(jian)介】
近日，韓國蔚山國家科學技術研究所Jaephil Cho教授(shou)（通訊作者(zhe)）基于(yu)多晶富鎳材料的(de)降解(jie)，采(cai)用單晶LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2作為可行的替代，以有效抑制活性材料的局部過度利用。為(wei)了在高(gao)(gao)反(fan)應(ying)均(jun)勻性(xing)的(de)(de)(de)實際電(dian)(dian)(dian)池中延長NCM正極(ji)材料的(de)(de)(de)使用壽(shou)命，作者指出了傳統NCM電(dian)(dian)(dian)極(ji)中反(fan)應(ying)行為(wei)不(bu)均(jun)勻的(de)(de)(de)現狀，并強調形態工程(cheng)學(xue)是(shi)得到優(you)異(yi)機(ji)械性(xing)能的(de)(de)(de)結構(gou)的(de)(de)(de)重要(yao)途徑。文中的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化學(xue)分析和微觀結構(gou)分析表明(ming)，電(dian)(dian)(dian)極(ji)表面的(de)(de)(de)荷電(dian)(dian)(dian)狀態（SOC）不(bu)均(jun)勻主要(yao)發生在電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)縱(zong)向，這主要(yao)是(shi)由于電(dian)(dian)(dian)極(ji)表面的(de)(de)(de)顆粒破碎造成的(de)(de)(de)。因此，高(gao)(gao)表面反(fan)應(ying)性(xing)導(dao)致正電(dian)(dian)(dian)極(ji)電(dian)(dian)(dian)位的(de)(de)(de)持(chi)續積聚，最終導(dao)致在高(gao)(gao)溫度的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化學(xue)循環中負極(ji)微觀結構(gou)的(de)(de)(de)退化。這些(xie)觀察結果表明(ming)了形貌工程(cheng)具(ju)備抑制高(gao)(gao)能電(dian)(dian)(dian)極(ji)反(fan)應(ying)不(bu)均(jun)勻性(xing)的(de)(de)(de)必要(yao)性(xing)。單晶NCM全電池在苛刻的電極條件下表現出較高的電化學性能和均相反應。采用該方法得到的先進的單晶NCM可以穩定高能鋰離子電池的電化學性能，在45℃下1000次循環后，電池的容量仍保持在80%以上。相關研究成果以“Boosting Reaction Homogeneity in High-Energy Lithium-Ion Battery Cathode Materials”為題發表在Adv. Mater.上。
【核心內容】
為了用于研究高能電極條件下的反應不均勻(yun)性，制備一種由LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (PC-NCM)正極(ji)(ji)和石墨負極(ji)(ji)組(zu)成(cheng)的(de)三電(dian)極(ji)(ji)全電(dian)池。為了(le)提(ti)高(gao)電(dian)極(ji)(ji)的(de)能量密度(du)，對(dui)電(dian)極(ji)(ji)的(de)粒(li)度(du)分(fen)布進(jin)行了(le)精確(que)的(de)控(kong)制。圖(tu)1展示了(le)三電(dian)極(ji)(ji)全電(dian)池示意圖(tu)。兩(liang)個工作(zuo)電(dian)極(ji)(ji)都被精細地(di)修飾，具(ju)有(you)極(ji)(ji)高(gao)的(de)面積(ji)容量（4.5mAh cm-2）。在此(ci)基礎上(shang)，文(wen)中(zhong)設計了一個附加(jia)鋰金屬參考電(dian)極(ji)(ji)(ji)的三電(dian)極(ji)(ji)(ji)全電(dian)池系統，以實時(shi)跟蹤正極(ji)(ji)(ji)和(he)負(fu)極(ji)(ji)(ji)的電(dian)勢變化。在形成循環后，在25℃和45℃下對其進行500次長期(qi)循環試驗，觀察相同的充放(fang)電速率為0.33C時(shi)電池操作(zuo)溫度的影響。隨著(zhu)電池的(de)循環(huan)溫度由室溫升高(gao)至45℃，全電池的(de)容量保持(chi)率(lv)（81%）比室溫(90%)低。
高溫下庫侖效率較低的主要原因是三價和四價鎳離子在充電過程中具有較高的反應活性。高度不穩定的鎳離子被還原為二價鎳離子，并形成活性陰離子和陽離子自由基，沉積在電極表面作為固體電解質（SEI）組分。在室溫下，無法觀察到全電池或正極過電位的顯著增加(圖1c)；然而，在45℃時，500次循環的正電極電位有顯著變化。電極正電位逐漸升高，最終在電位升高0.15 V的區域進行充放電過程。這種戲劇性的電位累積導致了正極側高的電壓環境，顯著增加了4.53V的電荷截止電位。顯然，通過微分初始充放電曲線和第500次充放電曲線計算得到的dQ/dV曲線顯示了PC-NCM正極經過高溫循環試驗后電位范圍發生了明顯的位移。此外，PC-NCM陰極(ji)處的(de)強度逐(zhu)漸降低(di)，電(dian)(dian)勢發生較大(da)位(wei)移，說明PC-NCM電(dian)(dian)極(ji)已嚴重損壞(huai)。一般情況下，正極(ji)電(dian)(dian)解質(zhi)間相、表面結構(gou)的(de)轉變(bian)、微(wei)裂紋的(de)產生、氧的(de)析出等都會增加NCM電(dian)(dian)極(ji)的(de)過電(dian)(dian)位(wei)，改變(bian)其工作電(dian)(dian)位(wei)范圍。
圖1. NCM/石墨全電池的(de)(de)制備(bei)及其電化學(xue)性能(neng)。（a）NCM和(he)(he)(he)(he)(he)石墨電極的(de)(de)全電池示意圖和(he)(he)(he)(he)(he)(SEM圖像(xiang)；（b）在室(shi)溫和(he)(he)(he)(he)(he)45℃高溫條件下，電壓窗為2.8-4.25 V的(de)(de)周期性能(neng)。（c，d）室(shi)溫和(he)(he)(he)(he)(he)45℃下三電極全電池和(he)(he)(he)(he)(he)各(ge)自正極的(de)(de)電壓隨時(shi)間變化的(de)(de)曲(qu)線；（e，f）室(shi)溫和(he)(he)(he)(he)(he)45℃下第1循(xun)環(huan)和(he)(he)(he)(he)(he)500循(xun)環(huan)正極的(de)(de)dQ/dV曲(qu)線。
PC-NCM電極的原位拉曼分析(圖2)，證實了循環過程中電極內部到電極表面的荷電狀態（SOC）增加。需要強調的是，PC-NCM電極的Eg/A1g強度比隨電極位置的不同，明顯表現出SOC的不均勻性。該值隨著電極中觸點從底部到頂部的增大而增大。在循環過程中，電極表面比電極內部脫出了更多的鋰離子。這說明電極表面附近的高鋰離子通量可以誘導電極電位比電極內另一側更早到達電荷截止電壓。電極頂部附近較高的電位環境主要伴隨著嚴重的形態塌陷，這可能導致結構不穩定。此外，由于界面高度不穩定而增加的電位導致了電解質在初級粒子之間的額外分解。因此，增厚的SEI層作為表面電阻層可以阻礙鋰離子擴散，導致陰極側的阻抗上升。
圖2. NCM正極(ji)循環后(hou)的降解。（a，b）循環前后NCM電(dian)極的截面SEM圖(tu)像；（c，d）循環前后NCM顆粒在各個位置的拉曼光譜；（e）根據循環前后電極位置不同，Eg/A1g強度的比值；（f）NCM粒子在高能電極中的降解示意圖。
本研究的(de)主要新(xin)穎之處在(zai)于SC-NCM正極材料(liao)具有(you)較高的(de)機械強(qiang)度。為了測量正極材料(liao)的(de)顆(ke)粒密度，將2.5 g粉末(mo)各種(zhong)壓力下(xia)（15 ~ 45 MPa）壓制。作者確認了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(SC-NCM)的振實密度比PC-NCM的要高很多。通過對壓制正極粒子的仔細觀察，可以穩定地保持原正極形態；相比之下，PC-NCM正極顆粒的形態完全隨壓制功率的增加而減弱。圖3中這(zhe)些增強的化學(xue)(xue)力學(xue)(xue)性能表明(ming)，SC-NCM正極的形態穩健性明顯優于PC-NCM，并且在高電極制(zhi)造條件下(xia)通過減(jian)少(shao)活性表面積(ji)來穩定電極電位(wei)。
圖(tu)3. SC-NCM的(de)表(biao)征。（a）PC-NCM和SC-NCM的(de)顆粒密度；（b，c） PC-NCM和SC-NCM在45MPa壓制后的(de)SEM圖(tu)像；（d，e） PC-NCM和SC-NCM特(te)性(xing)示(shi)意(yi)圖(tu)。
測試了兩種全電池在1C倍率下的初始放電能力（圖4），兩者均表現出相同的容量（1.1 Ah）；然而PC-NCM/石墨和SC-NCM/石墨全電池之間的放電容量差距在循環過程中逐漸增大，600次循環后的容量保留率差異超過20%。令人驚訝的是，SC-NCM/石墨全電池表現出了優異的循環性能，即使在1000次循環后仍能保持初始容量的80%。如前所述，PC-NCM電極縱向上的不均勻行為導致反應不均勻，顯示出SOC分布不均勻。因此，PC-NCM電極經過600次循環后，其Eg/A1g強度比從電極的底部到頂部顯著增加。同時，即使在45℃高溫下1000次循環，SC-NCM電極整體的SOC保持了均勻性，呈現出恒定的特征拉曼峰。值得注意的是，PC-NCM和SC-NCM循環后的微觀結構分析結果也支持了SC-NCM顆粒更具可靠性的觀點。雖然SC-NCM顆粒表面被基于氟的電解液分解副產物包圍，但其形貌保持良好，而PC-NCM顆粒則表現出嚴重的微裂紋。
此外，通過HR-TEM與(yu)高(gao)角度(du)環(huan)形暗場掃描(miao)透射電(dian)子(zi)顯微(wei)鏡(jing)對(dui)兩種(zhong)(zhong)樣(yang)品(pin)的(de)(de)(de)表(biao)面納米(mi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)進一步研(yan)究(jiu)。雖(sui)然兩種(zhong)(zhong)樣(yang)品(pin)的(de)(de)(de)體(ti)積結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)保(bao)存(cun)良(liang)好(hao)，但PC-NCM表(biao)面經過循環(huan)后呈現(xian)出厚度(du)為30 nm的(de)(de)(de)較厚的(de)(de)(de)NiO巖鹽和混合相(xiang)。這種(zhong)(zhong)在(zai)表(biao)面形成的(de)(de)(de)離子(zi)絕緣鈍(dun)化膜阻礙了鋰(li)離子(zi)在(zai)鋰(li)板循環(huan)過程中(zhong)的(de)(de)(de)擴散。與(yu)此同時，10nm的(de)(de)(de)厚度(du)大大降低了巖鹽相(xiang)的(de)(de)(de)傳播，顯示出層狀結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)高(gao)結(jie)(jie)晶(jing)(jing)度(du)。在(zai)這方面，通過調整晶(jing)(jing)性(xing)從多晶(jing)(jing)態(tai)轉變為單晶(jing)(jing)態(tai)，以確保(bao)高(gao)能電(dian)極中(zhong)行(xing)為的(de)(de)(de)均勻性(xing)和微(wei)結(jie)(jie)構(gou)(gou)(gou)(gou)的(de)(de)(de)完(wan)整性(xing)，完(wan)全防止正極粒子(zi)的(de)(de)(de)形態(tai)崩潰是至關重要的(de)(de)(de)。
圖4. PC-NCM/石墨和SC-NCM/石墨全電池的比較。（a）SC-NCM全電池和PC-NCM全電池在45℃高溫下的循環性能，電壓窗為2.8-4.2 V；（b，c）PC-NCM電極和SC-NCM電極的SEM圖像；（d）PC-NCM和SC-NCM電極經過600次和1000次循環后的拉曼光譜得到Eg/A1g比值；（e）PC-NCM和SC-NCM的放大截面圖像及其Ni、F元素的能量色散X射線光譜映射結果；（f，g）PC-NCM和SC-NCM循環后的HR-TEM圖像。
對于石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)負極(ji)(ji)而(er)(er)言，正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)材料中(zhong)過渡金(jin)(jin)屬(shu)的(de)(de)溶(rong)解一(yi)直(zhi)是全(quan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)循(xun)環過程(cheng)中(zhong)的(de)(de)關鍵(jian)問(wen)題(ti)之一(yi)。根據過渡金(jin)(jin)屬(shu)溶(rong)解，在(zai)(zai)PC-NCM全(quan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)溶(rong)解的(de)(de)鋰(li)含量相當(dang)高(gao)，為(wei)(wei)50,000 ppm，而(er)(er)在(zai)(zai)SC-NCM全(quan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)檢測到的(de)(de)鋰(li)豐度(du)僅為(wei)(wei)14000 ppm（圖(tu)5）。同(tong)時，在(zai)(zai)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)中(zhong)觀(guan)察到垂(chui)直(zhi)于集(ji)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)流方(fang)向的(de)(de)鋰(li)濃度(du)梯(ti)度(du)。通(tong)過LIBs在(zai)(zai)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)負極(ji)(ji)上分析(xi)4個不(bu)(bu)(bu)同(tong)位(wei)置(zhi)，脈(mo)沖(chong)深度(du)為(wei)(wei)20 m，每個脈(mo)沖(chong)測量面積調整為(wei)(wei)1mm×1mm，點對點距離為(wei)(wei)100 m。隨(sui)(sui)著脈(mo)沖(chong)深度(du)的(de)(de)增加，PC-NCM全(quan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)負極(ji)(ji)顯示出(chu)(chu)鋰(li)化合(he)物的(de)(de)數量增加，呈紅(hong)色。一(yi)般來說，鋰(li)作為(wei)(wei)SEI成(cheng)分存在(zai)(zai)于石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)負極(ji)(ji)中(zhong)；然(ran)而(er)(er)，隨(sui)(sui)著電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)阻抗的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)斷(duan)增加，石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)微(wei)結構中(zhong)插入的(de)(de)鋰(li)不(bu)(bu)(bu)能完(wan)全(quan)回到正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)，保持與碳原子(zi)的(de)(de)鍵(jian)合(he)。結果表明，石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)負極(ji)(ji)的(de)(de)SOC隨(sui)(sui)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)位(wei)置(zhi)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)而(er)(er)出(chu)(chu)現(xian)局(ju)部不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻，從而(er)(er)穩(wen)定地(di)提(ti)高(gao)了(le)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)負極(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)的(de)(de)整體電(dian)(dian)(dian)位(wei)。這種(zhong)不(bu)(bu)(bu)可逆的(de)(de)鋰(li)導(dao)致(zhi)了(le)全(quan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)容(rong)量的(de)(de)嚴重(zhong)下(xia)降。然(ran)而(er)(er)，SC-NCM全(quan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)石(shi)(shi)(shi)墨(mo)(mo)(mo)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)在(zai)(zai)經過1000次循(xun)環后仍表現(xian)出(chu)(chu)較為(wei)(wei)均(jun)勻的(de)(de)SOC行為(wei)(wei)。傳(chuan)統的(de)(de)鎳基全(quan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)在(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)制備過程(cheng)中(zhong)由于顆(ke)粒斷(duan)裂而(er)(er)導(dao)致(zhi)正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)和(he)負極(ji)(ji)反(fan)應(ying)不(bu)(bu)(bu)一(yi)致(zhi)。由于全(quan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)系統中(zhong)鋰(li)含量有限，這種(zhong)反(fan)應(ying)的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)導(dao)致(zhi)了(le)局(ju)部電(dian)(dian)(dian)位(wei)和(he)阻抗分布的(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)。在(zai)(zai)這種(zhong)情況下(xia)，引入SC-NCM可以極(ji)(ji)大地(di)穩(wen)定電(dian)(dian)(dian)池(chi)在(zai)(zai)高(gao)溫(wen)下(xia)的(de)(de)性(xing)能，表現(xian)出(chu)(chu)均(jun)勻的(de)(de)反(fan)應(ying)活性(xing)。
圖4. PC-NCM/石墨和SC-NCM/石墨全電池的比較。（a）SC-NCM全電池和PC-NCM全電池在45℃高溫下的循環性能，電壓窗為2.8-4.2 V；（b，c）PC-NCM電極和SC-NCM電極的SEM圖像；（d）PC-NCM和SC-NCM電極經過600次和1000次循環后的拉曼光譜得到Eg/A1g比值；（e）PC-NCM和SC-NCM的放大截面圖像及其Ni、F元素的能量色散X射線光譜映射結果；（f，g）PC-NCM和SC-NCM循環后的HR-TEM圖像。
對于(yu)(yu)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)而(er)言(yan)，正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)(ji)(ji)材(cai)料中(zhong)過(guo)渡金(jin)屬的(de)溶(rong)解一直是全(quan)(quan)(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)循環過(guo)程中(zhong)的(de)關鍵問題之一。根(gen)據過(guo)渡金(jin)屬溶(rong)解，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)PC-NCM全(quan)(quan)(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)溶(rong)解的(de)鋰(li)(li)(li)含量(liang)相當高(gao)，為50,000 ppm，而(er)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)SC-NCM全(quan)(quan)(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中(zhong)檢(jian)測(ce)到的(de)鋰(li)(li)(li)豐度(du)(du)僅為14000 ppm（圖5）。同時，在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)觀察(cha)到垂(chui)直于(yu)(yu)集電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)流方向的(de)鋰(li)(li)(li)濃度(du)(du)梯度(du)(du)。通過(guo)LIBs在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)上(shang)分(fen)(fen)析(xi)4個不(bu)同位(wei)置(zhi)，脈沖(chong)深度(du)(du)為20 m，每個脈沖(chong)測(ce)量(liang)面積(ji)調整為1mm×1mm，點對點距離為100 m。隨著脈沖(chong)深度(du)(du)的(de)增加，PC-NCM全(quan)(quan)(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)顯示出鋰(li)(li)(li)化合(he)(he)物的(de)數量(liang)增加，呈紅色。一般來說，鋰(li)(li)(li)作為SEI成分(fen)(fen)存(cun)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)于(yu)(yu)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)中(zhong)；然(ran)而(er)，隨著電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)阻抗的(de)不(bu)斷增加，石(shi)墨(mo)(mo)(mo)微結(jie)構中(zhong)插入的(de)鋰(li)(li)(li)不(bu)能完全(quan)(quan)(quan)(quan)回(hui)到正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)(ji)(ji)，保(bao)持與碳(tan)原子(zi)的(de)鍵合(he)(he)。結(jie)果(guo)表明，石(shi)墨(mo)(mo)(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)SOC隨電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)位(wei)置(zhi)的(de)不(bu)同而(er)出現(xian)局部不(bu)均(jun)(jun)勻(yun)，從而(er)穩定(ding)地(di)提高(gao)了(le)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)整體電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)。這(zhe)種(zhong)不(bu)可(ke)逆(ni)的(de)鋰(li)(li)(li)導致了(le)全(quan)(quan)(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)容量(liang)的(de)嚴重下降。然(ran)而(er)，SC-NCM全(quan)(quan)(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)石(shi)墨(mo)(mo)(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)經(jing)過(guo)1000次循環后仍表現(xian)出較為均(jun)(jun)勻(yun)的(de)SOC行為。傳統的(de)鎳(nie)基(ji)全(quan)(quan)(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)制備過(guo)程中(zhong)由于(yu)(yu)顆粒斷裂而(er)導致正(zheng)(zheng)極(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)負(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)反應不(bu)一致。由于(yu)(yu)全(quan)(quan)(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)系統中(zhong)鋰(li)(li)(li)含量(liang)有(you)限，這(zhe)種(zhong)反應的(de)不(bu)均(jun)(jun)勻(yun)性導致了(le)局部電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)和(he)阻抗分(fen)(fen)布的(de)不(bu)同。在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況下，引(yin)入SC-NCM可(ke)以極(ji)(ji)(ji)(ji)大地(di)穩定(ding)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)在(zai)(zai)(zai)(zai)(zai)高(gao)溫下的(de)性能，表現(xian)出均(jun)(jun)勻(yun)的(de)反應活性。
圖5. 石墨(mo)(mo)負(fu)極循(xun)(xun)環(huan)后的分(fen)析。（a）PC-NCM/石墨(mo)(mo)全(quan)(quan)電(dian)(dian)池600循(xun)(xun)環(huan)、（b)SC-NCM/石墨(mo)(mo)全(quan)(quan)電(dian)(dian)池1000循(xun)(xun)環(huan)后石墨(mo)(mo)負(fu)極電(dian)(dian)感耦合等(deng)離子體發射光譜（ICP-OES）結(jie)果；（c，d）LIBs循(xun)(xun)環(huan)后PC-NCM 和(he)(he)SC-NCM石墨(mo)(mo)負(fu)極Li元(yuan)素分(fen)布；（e，f）PC-NCM 和(he)(he)SC-NCM全(quan)(quan)電(dian)(dian)池的反應(ying)行為示意(yi)圖。
【結(jie)論展望】
綜上所述，作者已(yi)經證明了PC-NCM反(fan)應的(de)(de)(de)(de)不均(jun)(jun)勻(yun)(yun)性(xing)導致了電池性(xing)能(neng)(neng)的(de)(de)(de)(de)衰減，即在高溫下正極(ji)和(he)(he)負極(ji)側(ce)的(de)(de)(de)(de)縱向SOC不均(jun)(jun)勻(yun)(yun)。由于壓延(yan)過程中(zhong)電極(ji)表(biao)面(mian)的(de)(de)(de)(de)顆(ke)(ke)粒斷裂，較高的(de)(de)(de)(de)表(biao)面(mian)反(fan)應性(xing)導致表(biao)面(mian)顆(ke)(ke)粒過度(du)集中(zhong)，形(xing)成嚴重的(de)(de)(de)(de)形(xing)態(tai)(tai)演(yan)化和(he)(he)納米結構變化。缺乏晶界可以完全防止形(xing)態(tai)(tai)崩(beng)潰，高能(neng)(neng)量電極(ji)的(de)(de)(de)(de)電流(liu)流(liu)高度(du)均(jun)(jun)勻(yun)(yun)。因此，本文對NCM材料長(chang)期循環的(de)(de)(de)(de)高能(neng)(neng)全電池設計(ji)提(ti)供了新的(de)(de)(de)(de)見解。
