Ni富含LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2层状氧化物正极材料裂纹生成的内在起源

摘要：Ni富含LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2层状氧化物正极因其高能量密度而在大规模能源应用中受到关注。尽管其比容量在Ni比例增加时在高电压下得到提升，但在循环过程中由于相变和晶格畸变导致的结构退化变得严重。因此，我们采用多尺度方法，从第一原理到介观相场模型，集中研究Ni富含LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2中裂纹生成的起源。原子级结构分析表明，晶格参数的相反变化在逆Li含量x = 0.75之前被观察到；然后，由于从过渡金属层之间完全提取Li，结构崩溃。结合相位的研究表明在x = 0.75之后相位障碍最高且化学势陡峭，导致向高度缺Li相的相变，其特性为不活跃。x = 0.81（约220 mAh g −1 ）后，在纳米领域中识别到突发的相变和非均质结构崩溃。此外，介观应变分布显示出大约5%的各向异性收缩，并伴随较低的临界能量释放率，这不仅导致收缩的主要颗粒间界面的二次颗粒微裂纹生成，还导致主要颗粒由于非均质应变变化而产生力学不稳定。