打破LiNiO2的能量密度极限：Li2NiO3还是Li2NiO2？

开发新一代层状氧化物阴极，是发展高能量密度的电动汽车锂离子电池迫切关注的问题。目前有一种方法是不断提高镍基层状氧化物中的镍含量，但这一方法的极限是LiNiO₂。为了突破这一极限，获得更高的能量密度，近年来备受关注的一种方法是在过渡金属层中引入过量的锂离子，形成Li₂MO₃ (M代表过渡金属阳离子)。然而，还有一种一直被忽视的方法是在过渡金属层和原始Li层之间插入一层额外的Li离子，形成Li₂MO₂。

最近，北京大学深圳研究生院潘峰教授和郑家新副教授等对以上两种方法进行了深入的理论探讨，研究结果发表在Science China Materials。

首先，作者选择典型的Li₂NiO₃和1T-Li₂NiO₂作为代表，从理论角度综合比较了Li₂NiO₃，1T-Li₂NiO₂和LiNiO₂的各项电化学性能。计算结果表明，不同于LiNiO₂中发生的Ni³⁺/Ni⁴⁺单电子阳离子氧化还原，在Li₂NiO₃中存在着伴有极化子的阴离子氧化还原。而在Li₂NiO₂中，则发生了伴有绝缘体到金属转变的Ni²⁺/Ni⁴⁺双电子氧化还原。在这三种材料中， Li₂NiO₂由于具有双电子氧化还原活性，其在容量、能量密度、电导率和热稳定性等方面都表现优异，是最有希望突破LiNiO₂极限的下一代层状氧化物阴极材料。

虽然Li₂NiO₂仍存在脱锂过程中体积变化较大的缺点，但作者提出了两种可能的解决方法：在Li层中掺杂Na和在TM层中掺杂Mo，都获得了良好的效果。

这一工作为如何突破LiNiO₂的能量密度极限，开发下一代具有高能量密度的层状氧化物阴极提供了新的思路。

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Jia, Y., Ye, Y., Liu, J., et al. Breaking the energy density limit of LiNiO₂: Li₂NiO₃ or Li₂NiO₂? Science China Materials, 2021, https://doi.org/10.1007/s40843-021-1827-x