第一作者：Huan Chen
通讯作者：温兆银，鹿燕，陆俊
通讯单位：中国科学院上海硅酸盐研究所，浙江大学
温兆银，现任中国科学院上海硅酸盐研究所能源材料研究中心主任，固态二次电池及材料课题组长。主要研究方向：固体电解质材料及制备科学研究，固态锂/钠电池及其材料研究，氢/氧离子固体电解质及氢能技术应用研究。
鹿燕，中国科学院上海硅酸盐研究所研究员，博士生导师。2019年获得澳大利亚优秀青年基金项目。主要研究方向：1.高比能锂/钠二次电池关键材料设计制备及性能优化；2. 宽温域液态/固态电解质设计及性能优化；3. 固态锂/钠二次电池关键材料开发应用及界面优化。
陆俊，浙江大学化学工程与生物工程学院求是讲席教授，博士生导师，国家级高层次人才。研究方向：电化学能源储存及转换。在2018−2022年连续入选科全球高被引科学家。
论文速览
富镍层状氧化物正极材料LiNixCoyMnzO2（NCM）作为下一代锂离子电池（LIBs）的候选材料，以高理论比容量、快速的电子/离子传输速率和高输出电压而备受关注。然而，其在实际应用中受到界面不稳定性、晶体不可逆相变和显著的容量损失等问题的限制。
本研究提出了简单且可规模化的方法来制备具有出色结构稳定性和倍率性能的梯度正极材料（M-NCM）。利用Ni2+与氨的强配位作用和KMnO4的还原反应，在前驱体准备阶段合理调整了富镍正极的元素组成，实现了表面Ni的消耗和Mn的富集。通过原位和非原位技术深入研究表明，组分的梯度设计在稳定晶体结构、有效减轻Li/Ni混合和抑制表面寄生反应方面发挥了关键作用。
结果表明，M-NCM正极在200个循环后保持了98.6%的容量，并在15C时展现出107.5mAh g-1的快速充电能力。此外，配置石墨负极的1.2Ah软包电池展示了超过500个循环的寿命，容量损失仅8%。
图文导读
图1：构建梯度富镍正极的表面配位和沉积策略的示意图。
图2：原始富镍（P-NCM）正极和M-NCM正极的形态和原子结构特征。
图3：P-NCM和M-NCM电极在半电池和全电池中的电化学行为。
图4：P-NCM和M-NCM样品在循环过程中的化学环境。
图5：富镍正极的晶体结构和相稳定性。
总结展望
本研究通过氨配位和KMnO4还原沉积的两步法，设计了高度稳定的梯度富镍正极材料（M-NCM）。该材料在电化学性能上表现出色，具有98.6%的高容量保持率和15C下的107.5mAh g-1的快速充电能力。此外，1.2Ah软包电池在超过500次循环后仅损失了8%的容量，显示出优异的长期循环稳定性。
这些结果证明了通过成分梯度设计可以有效提高正极材料的结构稳定性和电化学性能，为开发长寿命、高能量密度的锂离子电池提供了新策略。
文献信息
标题：Surface Gradient Ni-rich Cathode for Li-ion Batteries
期刊：Advanced Materials
DOI：10.1002/adma.202401052