【研究背景】
人們對高(gao)能量(liang)存儲系統的(de)(de)巨大興趣促使鋰(li)離子電(dian)池（LIBs）的(de)(de)快速發展，且(qie)研究的(de)(de)重點(dian)集(ji)中(zhong)在于電(dian)池能量(liang)的(de)(de)增加。特(te)別是(shi)，隨著LIBs應(ying)用(yong)擴大到大規模的(de)(de)能量(liang)存儲系統，實現(xian)高(gao)容量(liang)能量(liang)密度和功率密度已成(cheng)為主要(yao)焦點(dian)。因此，在電(dian)極制造(zao)過程中(zhong)需要(yao)高(gao)負載水(shui)平和苛刻的(de)(de)壓延工藝，以滿足電(dian)池高(gao)體積能量(liang)密度的(de)(de)要(yao)求。
傳統的(de)高鎳(nie)(nie)正(zheng)極(ji)材(cai)料由于(yu)其(qi)多(duo)晶性和二(er)次(ci)粒子(zi)形貌，在(zai)(zai)(zai)電(dian)化學循(xun)環(huan)過(guo)程中(zhong)，特(te)別是在(zai)(zai)(zai)高溫下，會(hui)產生反應(ying)不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)性。盡管人(ren)(ren)們對(dui)多(duo)晶富鎳(nie)(nie)材(cai)料的(de)形態演化進行了(le)深入的(de)研(yan)究，但其(qi)在(zai)(zai)(zai)電(dian)極(ji)和電(dian)池水平上的(de)實(shi)際應(ying)用仍然很少。在(zai)(zai)(zai)工業電(dian)極(ji)制造條件下，人(ren)(ren)們發現了(le)多(duo)晶高鎳(nie)(nie)正(zheng)極(ji)材(cai)料在(zai)(zai)(zai)高能全電(dian)池中(zhong)的(de)固有局限性。由于(yu)其(qi)化學機械性質(zhi)極(ji)不(bu)(bu)穩定，首(shou)次(ci)循(xun)環(huan)后高鎳(nie)(nie)材(cai)料也(ye)會(hui)在(zai)(zai)(zai)電(dian)極(ji)的(de)縱向方(fang)向上發生降解。高鎳(nie)(nie)材(cai)料在(zai)(zai)(zai)電(dian)極(ji)水平上的(de)這種不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)降解行為(wei)源于(yu)表(biao)面活性物(wu)質(zhi)的(de)過(guo)度利(li)用，在(zai)(zai)(zai)長期循(xun)環(huan)過(guo)程中(zhong)造成了(le)嚴(yan)重的(de)不(bu)(bu)均(jun)勻(yun)電(dian)位分布(bu)。此外，這種現象(xiang)持續降低(di)了(le)鋰離子(zi)的(de)可逆性。
【成果簡(jian)介(jie)】
近日，韓國蔚山國家科學技術研究所Jaephil Cho教授（通訊作(zuo)者(zhe)）基(ji)于多晶富鎳材料的降解，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)均勻(yun)(yun)性(xing)的(de)(de)(de)實際(ji)電(dian)(dian)(dian)池中延長(chang)NCM正極(ji)材料的(de)(de)(de)使(shi)用壽命，作者指出了傳(chuan)統NCM電(dian)(dian)(dian)極(ji)中反(fan)應(ying)行為(wei)不均勻(yun)(yun)的(de)(de)(de)現狀，并強調(diao)形態工程學(xue)是得到(dao)優異機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)的(de)(de)(de)結構的(de)(de)(de)重要途徑。文(wen)中的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)分析(xi)和微(wei)(wei)觀(guan)結構分析(xi)表明(ming)(ming)，電(dian)(dian)(dian)極(ji)表面的(de)(de)(de)荷電(dian)(dian)(dian)狀態（SOC）不均勻(yun)(yun)主要發生在電(dian)(dian)(dian)極(ji)的(de)(de)(de)縱向，這主要是由于(yu)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)持續積(ji)聚，最(zui)終(zhong)導(dao)致在高(gao)(gao)溫(wen)度的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化(hua)學(xue)循(xun)環中負極(ji)微(wei)(wei)觀(guan)結構的(de)(de)(de)退化(hua)。這些(xie)觀(guan)察結果(guo)表明(ming)(ming)了形貌(mao)工程具備抑制高(gao)(gao)能(neng)電(dian)(dian)(dian)極(ji)反(fan)應(ying)不均勻(yun)(yun)性(xing)的(de)(de)(de)必要性(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(xin)內(nei)容】
為(wei)了用(yong)于研(yan)究(jiu)高(gao)能電(dian)極條件下的反應不均(jun)勻性，制備一種(zhong)由LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2 (PC-NCM)正極(ji)和石墨負極(ji)組成的三(san)電(dian)(dian)極(ji)全電(dian)(dian)池。為了(le)提(ti)高電(dian)(dian)極(ji)的能量(liang)密(mi)度，對電(dian)(dian)極(ji)的粒度分布進(jin)行了(le)精(jing)確的控制。圖1展(zhan)示了(le)三(san)電(dian)(dian)極(ji)全電(dian)(dian)池示意圖。兩個工作電(dian)(dian)極(ji)都被精(jing)細地修(xiu)飾，具有極(ji)高的面積(ji)容量(liang)（4.5mAh cm-2）。在(zai)此基礎上(shang)，文(wen)中設(she)計了一個附加鋰金屬參考電極的(de)三電極全電池(chi)系統，以實時跟蹤正極和負極的(de)電勢變化。在形成循環后，在25℃和45℃下對其進行(xing)500次長(chang)期循環試驗，觀察相同的(de)充放(fang)電速率為0.33C時(shi)電池操作溫度的(de)影(ying)響。隨著電池的循環(huan)溫(wen)度由(you)室(shi)溫(wen)升高(gao)至45℃，全電池的容量保持率（81%）比室(shi)溫(wen)(90%)低(di)。
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陰極處的(de)強度(du)逐漸(jian)降低，電(dian)(dian)勢發生較大位(wei)移，說明PC-NCM電(dian)(dian)極已(yi)嚴重(zhong)損壞。一般(ban)情況下(xia)，正極電(dian)(dian)解質間(jian)相、表面(mian)結構的(de)轉變(bian)、微裂(lie)紋的(de)產生、氧(yang)的(de)析出等都(dou)會增(zeng)加NCM電(dian)(dian)極的(de)過電(dian)(dian)位(wei)，改變(bian)其(qi)工作電(dian)(dian)位(wei)范圍。
圖1. NCM/石(shi)墨全電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)制備及其電(dian)(dian)化學性能。（a）NCM和(he)石(shi)墨電(dian)(dian)極的(de)(de)全電(dian)(dian)池(chi)(chi)示(shi)意圖和(he)(SEM圖像；（b）在室溫(wen)和(he)45℃高溫(wen)條件下，電(dian)(dian)壓窗為2.8-4.25 V的(de)(de)周(zhou)期性能。（c，d）室溫(wen)和(he)45℃下三電(dian)(dian)極全電(dian)(dian)池(chi)(chi)和(he)各自正(zheng)極的(de)(de)電(dian)(dian)壓隨時間變化的(de)(de)曲(qu)線；（e，f）室溫(wen)和(he)45℃下第(di)1循環和(he)500循環正(zheng)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(tu)2. NCM正極循環后的(de)降解。（a，b）循環前后(hou)NCM電極的截面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(yan)究的(de)主(zhu)要新(xin)穎之處在于SC-NCM正(zheng)極(ji)材料具有較高的(de)機械強(qiang)度。為了測量正(zheng)極(ji)材料的(de)顆粒密度，將2.5 g粉末各種壓力下(xia)（15 ~ 45 MPa）壓制(zhi)。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中這些(xie)增強的(de)化學力學性(xing)能(neng)表明，SC-NCM正極(ji)的(de)形(xing)態穩健性明顯優(you)于PC-NCM，并且在高電極制造條(tiao)件(jian)下通過減少(shao)活性(xing)表面積來(lai)穩(wen)定(ding)電極電位(wei)。
圖3. SC-NCM的表征。（a）PC-NCM和SC-NCM的顆粒(li)密度；（b，c） PC-NCM和SC-NCM在45MPa壓(ya)制后的SEM圖像；（d，e） PC-NCM和SC-NCM特性示(shi)意圖。
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與高(gao)角度(du)(du)環形(xing)(xing)暗場掃描透射電子(zi)顯(xian)微鏡對(dui)兩種(zhong)樣品的(de)(de)(de)(de)表面(mian)納米結構(gou)進(jin)一步研究。雖然兩種(zhong)樣品的(de)(de)(de)(de)體(ti)積(ji)結構(gou)保存(cun)良好，但PC-NCM表面(mian)經過循環后呈現(xian)出(chu)厚(hou)度(du)(du)為(wei)30 nm的(de)(de)(de)(de)較厚(hou)的(de)(de)(de)(de)NiO巖鹽和混合相。這種(zhong)在(zai)表面(mian)形(xing)(xing)成(cheng)的(de)(de)(de)(de)離子(zi)絕緣鈍化膜(mo)阻礙(ai)了鋰離子(zi)在(zai)鋰板(ban)循環過程中的(de)(de)(de)(de)擴散。與此同(tong)時，10nm的(de)(de)(de)(de)厚(hou)度(du)(du)大(da)大(da)降低了巖鹽相的(de)(de)(de)(de)傳播，顯(xian)示出(chu)層狀結構(gou)的(de)(de)(de)(de)高(gao)結晶度(du)(du)。在(zai)這方面(mian)，通過調整晶性(xing)(xing)從多晶態轉變(bian)為(wei)單晶態，以確保高(gao)能電極(ji)中行為(wei)的(de)(de)(de)(de)均勻性(xing)(xing)和微結構(gou)的(de)(de)(de)(de)完整性(xing)(xing)，完全防止正極(ji)粒子(zi)的(de)(de)(de)(de)形(xing)(xing)態崩潰是至關(guan)重要的(de)(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(dui)于石墨(mo)負(fu)(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)而言，正(zheng)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)材(cai)料中過(guo)(guo)(guo)渡金屬(shu)的(de)(de)溶解(jie)一直(zhi)是全(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)循環過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中的(de)(de)關鍵問題之一。根據過(guo)(guo)(guo)渡金屬(shu)溶解(jie)，在(zai)(zai)(zai)PC-NCM全(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中溶解(jie)的(de)(de)鋰(li)含量(liang)(liang)相當(dang)高(gao)，為50,000 ppm，而在(zai)(zai)(zai)SC-NCM全(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)中檢測到(dao)的(de)(de)鋰(li)豐(feng)度(du)(du)僅為14000 ppm（圖5）。同(tong)時，在(zai)(zai)(zai)石墨(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中觀察到(dao)垂直(zhi)于集電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)流方向的(de)(de)鋰(li)濃度(du)(du)梯度(du)(du)。通過(guo)(guo)(guo)LIBs在(zai)(zai)(zai)石墨(mo)負(fu)(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)上分(fen)析(xi)4個不(bu)(bu)同(tong)位(wei)置，脈沖深度(du)(du)為20 m，每個脈沖測量(liang)(liang)面積調整為1mm×1mm，點對(dui)點距(ju)離(li)為100 m。隨(sui)著脈沖深度(du)(du)的(de)(de)增加，PC-NCM全(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)石墨(mo)負(fu)(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)顯示出(chu)鋰(li)化合物的(de)(de)數量(liang)(liang)增加，呈紅色。一般(ban)來(lai)說，鋰(li)作為SEI成(cheng)分(fen)存在(zai)(zai)(zai)于石墨(mo)負(fu)(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)中；然(ran)而，隨(sui)著電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)阻抗(kang)的(de)(de)不(bu)(bu)斷(duan)增加，石墨(mo)微結(jie)構中插入的(de)(de)鋰(li)不(bu)(bu)能(neng)完全(quan)回到(dao)正(zheng)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)，保(bao)持與(yu)碳(tan)原子的(de)(de)鍵合。結(jie)果表明(ming)，石墨(mo)負(fu)(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)SOC隨(sui)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)位(wei)置的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)而出(chu)現局(ju)部(bu)不(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)，從而穩(wen)定地提(ti)高(gao)了石墨(mo)負(fu)(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)的(de)(de)整體電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)。這種(zhong)(zhong)不(bu)(bu)可逆的(de)(de)鋰(li)導致(zhi)(zhi)了全(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)容量(liang)(liang)的(de)(de)嚴重下(xia)降。然(ran)而，SC-NCM全(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)石墨(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)(zai)經過(guo)(guo)(guo)1000次(ci)循環后仍表現出(chu)較為均(jun)(jun)勻(yun)的(de)(de)SOC行為。傳(chuan)統(tong)的(de)(de)鎳基全(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)在(zai)(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)制備過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中由于顆粒斷(duan)裂而導致(zhi)(zhi)正(zheng)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)和(he)負(fu)(fu)(fu)(fu)極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)反應(ying)不(bu)(bu)一致(zhi)(zhi)。由于全(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)系統(tong)中鋰(li)含量(liang)(liang)有限(xian)，這種(zhong)(zhong)反應(ying)的(de)(de)不(bu)(bu)均(jun)(jun)勻(yun)性(xing)導致(zhi)(zhi)了局(ju)部(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)和(he)阻抗(kang)分(fen)布(bu)的(de)(de)不(bu)(bu)同(tong)。在(zai)(zai)(zai)這種(zhong)(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，引(yin)入SC-NCM可以極(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)大地穩(wen)定電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)在(zai)(zai)(zai)高(gao)溫下(xia)的(de)(de)性(xing)能(neng)，表現出(chu)均(jun)(jun)勻(yun)的(de)(de)反應(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)(yu)石(shi)(shi)墨(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)而言，正極(ji)(ji)(ji)材料中(zhong)(zhong)(zhong)過(guo)(guo)(guo)渡(du)金(jin)屬的(de)(de)(de)(de)(de)溶(rong)解(jie)(jie)一直(zhi)是全(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)循(xun)環過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵問題之一。根據過(guo)(guo)(guo)渡(du)金(jin)屬溶(rong)解(jie)(jie)，在(zai)(zai)PC-NCM全(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)(zhong)(zhong)溶(rong)解(jie)(jie)的(de)(de)(de)(de)(de)鋰含量(liang)相當高(gao)，為(wei)(wei)50,000 ppm，而在(zai)(zai)SC-NCM全(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)中(zhong)(zhong)(zhong)檢測到的(de)(de)(de)(de)(de)鋰豐度僅為(wei)(wei)14000 ppm（圖5）。同(tong)時，在(zai)(zai)石(shi)(shi)墨(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)觀察到垂直(zhi)于(yu)(yu)(yu)集電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流方(fang)向的(de)(de)(de)(de)(de)鋰濃度梯度。通(tong)過(guo)(guo)(guo)LIBs在(zai)(zai)石(shi)(shi)墨(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)上分(fen)析(xi)4個(ge)不(bu)(bu)(bu)同(tong)位(wei)置，脈(mo)沖深度為(wei)(wei)20 m，每個(ge)脈(mo)沖測量(liang)面積(ji)調整(zheng)(zheng)為(wei)(wei)1mm×1mm，點對點距(ju)離(li)為(wei)(wei)100 m。隨著(zhu)脈(mo)沖深度的(de)(de)(de)(de)(de)增加(jia)，PC-NCM全(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)顯示(shi)出鋰化合物的(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)量(liang)增加(jia)，呈紅色(se)。一般來(lai)說，鋰作為(wei)(wei)SEI成分(fen)存在(zai)(zai)于(yu)(yu)(yu)石(shi)(shi)墨(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)中(zhong)(zhong)(zhong)；然而，隨著(zhu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)阻(zu)抗的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)斷增加(jia)，石(shi)(shi)墨(mo)微結(jie)構(gou)中(zhong)(zhong)(zhong)插入的(de)(de)(de)(de)(de)鋰不(bu)(bu)(bu)能完全(quan)(quan)回到正極(ji)(ji)(ji)，保持與碳原子的(de)(de)(de)(de)(de)鍵合。結(jie)果表明，石(shi)(shi)墨(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)SOC隨電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)位(wei)置的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)而出現(xian)(xian)(xian)局(ju)部(bu)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻，從而穩(wen)定(ding)地(di)提(ti)高(gao)了石(shi)(shi)墨(mo)負(fu)極(ji)(ji)(ji)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)的(de)(de)(de)(de)(de)整(zheng)(zheng)體電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)。這種(zhong)不(bu)(bu)(bu)可逆的(de)(de)(de)(de)(de)鋰導致(zhi)了全(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)容(rong)量(liang)的(de)(de)(de)(de)(de)嚴重下(xia)降(jiang)。然而，SC-NCM全(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)(de)石(shi)(shi)墨(mo)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)在(zai)(zai)經過(guo)(guo)(guo)1000次循(xun)環后(hou)仍表現(xian)(xian)(xian)出較為(wei)(wei)均(jun)勻的(de)(de)(de)(de)(de)SOC行為(wei)(wei)。傳統的(de)(de)(de)(de)(de)鎳基全(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)在(zai)(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)(ji)(ji)制備(bei)過(guo)(guo)(guo)程中(zhong)(zhong)(zhong)由于(yu)(yu)(yu)顆粒斷裂而導致(zhi)正極(ji)(ji)(ji)和(he)負(fu)極(ji)(ji)(ji)反應(ying)不(bu)(bu)(bu)一致(zhi)。由于(yu)(yu)(yu)全(quan)(quan)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)系統中(zhong)(zhong)(zhong)鋰含量(liang)有(you)限，這種(zhong)反應(ying)的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)均(jun)勻性(xing)導致(zhi)了局(ju)部(bu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)位(wei)和(he)阻(zu)抗分(fen)布的(de)(de)(de)(de)(de)不(bu)(bu)(bu)同(tong)。在(zai)(zai)這種(zhong)情(qing)況下(xia)，引(yin)入SC-NCM可以極(ji)(ji)(ji)大地(di)穩(wen)定(ding)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)在(zai)(zai)高(gao)溫下(xia)的(de)(de)(de)(de)(de)性(xing)能，表現(xian)(xian)(xian)出均(jun)勻的(de)(de)(de)(de)(de)反應(ying)活性(xing)。
圖(tu)5. 石(shi)墨(mo)負極(ji)循(xun)環(huan)后的分(fen)析(xi)。（a）PC-NCM/石(shi)墨(mo)全(quan)電(dian)(dian)池(chi)(chi)600循(xun)環(huan)、（b)SC-NCM/石(shi)墨(mo)全(quan)電(dian)(dian)池(chi)(chi)1000循(xun)環(huan)后石(shi)墨(mo)負極(ji)電(dian)(dian)感(gan)耦合等離子(zi)體發射光譜（ICP-OES）結果；（c，d）LIBs循(xun)環(huan)后PC-NCM 和SC-NCM石(shi)墨(mo)負極(ji)Li元素分(fen)布(bu)；（e，f）PC-NCM 和SC-NCM全(quan)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的反(fan)應行為示意圖(tu)。
【結論展(zhan)望】
綜(zong)上(shang)所述，作者已(yi)經(jing)證明了PC-NCM反應的(de)不均(jun)勻性導致了電(dian)(dian)池(chi)性能的(de)衰減(jian)，即在高(gao)溫下正極和負(fu)極側的(de)縱向SOC不均(jun)勻。由于壓延過(guo)程中電(dian)(dian)極表面(mian)(mian)的(de)顆(ke)粒斷裂，較(jiao)高(gao)的(de)表面(mian)(mian)反應性導致表面(mian)(mian)顆(ke)粒過(guo)度(du)(du)集中，形成(cheng)嚴(yan)重的(de)形態演化(hua)和納(na)米結構(gou)變(bian)化(hua)。缺乏晶界可以(yi)完全防止(zhi)形態崩潰，高(gao)能量電(dian)(dian)極的(de)電(dian)(dian)流(liu)流(liu)高(gao)度(du)(du)均(jun)勻。因(yin)此，本文對NCM材(cai)料長期循環的(de)高(gao)能全電(dian)(dian)池(chi)設計提(ti)供(gong)了新(xin)的(de)見解。
