表面限域掺杂提升高比能正极材料稳定性

张思东，刘园，祁慕尧，曹安民,*

1中国科学院化学研究所，分子纳米结构与纳米技术院重点实验室，北京分子科学国家中心，北京 100190

2中国科学院大学，北京 100049

3郑州大学基础医学院纳米酶医学中心，郑州 450001

1 引言

随着化石燃料的逐渐消耗和环境的持续恶化，发展环境友好且可持续的能量储存技术成为可持续发展的必然需求1。与铅蓄电池、镍-氢(Ni-H)电池以及超级电容器等能量存储技术相比，可充电的锂离子电池在能量密度上具有显著优势2,3。因此，自1991年锂离子电池商业化之后，其在便携式电子设备等方面得到了广泛应用4，而长续航里程电动汽车、智能电网等领域的兴起与发展则对下一代高能量密度、高循环寿命的锂离子电池提出了新的要求5,6。与之相适应，具有更高能量密度的新型电极材料的开发成为提升锂离子电池电化学性能的重点与难点7,8。

在锂离子电池中，正极材料是决定电池能量密度的关键因素，锂离子电池的发展依赖于具有高能量密度、高循环稳定性、高安全性且价格低廉的正极材料的设计与开发9。自LiCoO2(LCO)作为第一代正极材料得到广泛应用后，一系列具有不同晶格结构的正极材料，如层状、尖晶石和橄榄石型等相继投入应用，均在可逆脱嵌锂离子、提供高能量密度电池上表现出广阔的应用前景10–13。高比能正极材料通常表现为高工作电压或高比容量(能量密度=平均电压×比容量)，因此，从电极材料的结构设计出发，结合材料自身晶型、组分、形貌等多方面的调控，获得具有高可逆容量或高工作电压的正极材料成为高比能电池开发的重要研究内容和发展方向。……