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具有高能量密度的富鎳正極被認為是先進鋰離子電池有希望的候選者，但由于界面不穩定性、結構退化、應力-應變積累以及晶間裂紋導致的容量急劇下降和差結構穩定性，它們的商業應用陷入困境。

河南大學白瑩、趙慧玲等將壓電LiTaO₃(LTO)層輕松沉積在Li[Ni_xCo_yMn_1-x-y]O₂ (x=0.6, 0.8)正極上，以提高其電化學性能。

圖1 LTO改性富鎳正極的制備及表征

研究顯示，通常情況下，NCM811-LTO正極在0.1 C下經過200次循環后表現出71.8%的容量保持率，遠高于其原始對應物(59.7%)。此外，即使在10 C下，NCM811-LTO也能提供129.9 mAh g^-1的更高放電容量，與原始正極(79.8 mAh g^-1)形成鮮明對比。電化學性能和倍率容量的同步提升意味著富鎳正極的結構穩定性和鋰動力學可能通過LTO修飾得到改善。

原位XRD、有限元分析和循環后的形態表征表明，通過減輕應力-應變的積累以及LTO層的屏蔽作用，可以有效地提高體相和表面結構的穩定性。EIS研究、CV測試和第一性原理計算表明，LTO層的動力學行為增強可歸因于LTO壓電特性產生的局部感應極化電場和降低的擴散勢壘。

圖2 電化學性能

總之，引入的壓電LTO表面層對富鎳正極的積極影響可概括為以下幾個方面：

1）在界面處提供局部控制器以調節充放電過程中的Li⁺擴散；

2）通過LTO修飾層的固有壓電特性原位轉換和利用塊狀活性材料不可避免的應力應變，從而有助于晶體結構的穩定性；

3）通過引入局部電場，有效緩解富鎳材料高度脫鋰狀態下的晶格坍塌；

4）作為物理隔板，通過避免電極和電解質之間任何可能的副反應來改善界面不穩定性。

這項工作建立的壓電LTO改性的多功能性不僅為通過提高結構和電化學穩定性來加速其商業應用提供了一種有效而實用的策略，而且為充分利用下一代電極材料的發展鋪平了道路。

圖3 原位XRD表征

Surface Coupling between Mechanical and Electric Fields Empowering Ni-Rich Cathodes with Superior Cyclabilities for Lithium-Ion Batteries. Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202200622

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白瑩/趙慧玲Adv. Sci.：多功能壓電LiTaO3涂層使富鎳正極穩定循環

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