多晶富镍LiNi1−x−yCoxMnyO2（NCM，1−x−y ≥ 0.6）由于其高能量和高功率密度，逐渐成为电动汽车最重要的正极材料之一。然而，由于富镍材料的高表面反应性和电化学循环过程中明显的体积变化，其长循环稳定性仍然是一个挑战。

　　多晶NCM粒子在最初的几个循环中由于多晶二次颗粒内随机取向的一次颗粒的各向异性收缩/膨胀而倾向于沿着晶界形成裂纹。电解液可以穿透这些裂纹，导致阳离子无序相不仅在颗粒的近表面区域形成，而且沿着颗粒内部的裂缝形成。裂纹和无序表面相的形成对离子和电子传递都是不利的，并且导致阻抗增长。最终，二次粒子被粉碎成碎片，导致电池中不可逆转的容量损失。延缓颗粒破裂和最小化阳离子无序表面层形成的有效策略包括体表面掺杂，以及颗粒的无机和有机包覆层。

　　与多晶NCM颗粒相比，单晶颗粒具有单向收缩/膨胀的特性，这是减少裂纹形成的一大优势。单晶NCM颗粒可以通过多晶Ni1-x-yCoxMny(OH)2的共沉淀来合成。单晶NCM颗粒通常具有比二次多晶NCM颗粒更小的粒径。由于有限/自由的晶界，较小的颗粒不易形成裂纹。

　　本文作者进行了单晶与多晶NCM622正极，石墨为负极的软包电池1375次充放电循环后的对比。在正极颗粒的近表面区域形成的阳离子无序层的厚度在单晶颗粒和多晶颗粒之间没有显著差异，而多晶颗粒的破裂很明显，单晶颗粒几乎没有破裂。

　　对于单晶NCM622，通过飞行时间质谱法对循环石墨阳极表面的过渡金属溶解进行量化，其溶解量大大降低。同样是单晶NCM622，通过电化学质谱法量化的前两个循环中的二氧化碳释放也大大减少。利用这些优点，石墨/单晶NMC622电池的正极面积容量为6mAh/cm2，在3000次循环后，电压在4.2V时的容量保持率为83%。本调了单晶NCM622作为下一代锂离子电池正极材料的潜力。

　　如上图所示，PC记作多晶（polycrystalline），SC记作单晶（single-crystal）。上图a-c显示了平均直径约为10μm的多晶NCM622颗粒的SEM。相对较宽的粒度分布对于最大化电极颗粒压实密度很重要。上图d为SC-NCM622颗粒的SEM ，该颗粒具有更多的多面体形态和2-4µm 相对较窄的粒度分布。PC-NCM622和SC-NCM622的XRD以及它们的Rietveld精修如上图1g，h所示，从(003)和(104)的强度比大于1.5判断，证实了这两种材料都表现出良好的层状结构；(006)和(012)以及(018)和(110)的明显分裂进一步证实了层状结构是有序的。

　　PC-NCM622和SC-NCM622颗粒的降解机理如上图i，j所示。在长时间循环后，严重的裂纹形成导致PC-NCM622颗粒粉碎，而SC-NCM622颗粒只出现少量微裂纹。此外，阳离子无序层（以紫色表示）仅形成在SC-NCM622颗粒的表面；另一方面，而它会沿着与电解液接触的晶间裂缝渗透到PC-NCM622颗粒体中。

　　综上所述，作者发现2-4 μm的SC-NCM622颗粒比10 μm的PC-NCM622颗粒在循环过程中更能抵抗裂纹的形成，从而在软包电池中实现了出色的长循环稳定性。

　　SC-NCM622和PC-NCM622的阳离子无序表面层厚度相当，但PC-NCM622的阳离子无序表面层会沿晶间裂纹形成。

　　与SC-NCM622循环相比，PC-NCM622循环期间在石墨上形成的SEI表面上检测到的过渡金属溶解要明显得多。

　　PC-NCM622的电压极化增加更快，这主要归因于PC-NCM622颗粒裂解引起的颗粒粉碎，这与前两个循环中观察到的CO2释放一致。

　　本文中研究的NCM622材料没有使用任何掺杂剂或包覆层，这表明单晶法在减缓正极水平的衰减方面是非常有效的。

　　作者认为：如果煅烧工艺能够成功地规模化，采用单晶NCM的锂离子电池将占据锂离子电池的很大一部分市场。

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