鋰離子電池作為現代便攜式電子設備和電動交通工具等的主要供能電源，是當前高科技社會不可或缺的重要組成部分。因此，要求鋰離子電池具備高的能量和功率密度、優異的循環性能、良好的環境效應、低的成本及安全穩定性等特征。

隨著高性能硅碳復合負極材料的快速發展，正極材料成為了制約下一代鋰離子電池發展的關鍵性因素。層狀富鋰和高鎳過渡金屬氧化物均具有高的儲鋰比容量和工作電位，是當前鋰離子電池正極材料研究的兩種熱點材料。

富鋰層狀正極材料循環過程中工作電位持續降低的技術難題至今尚未得到妥善的解決，因此，高鎳層狀氧化物有望成為高能量鋰離子電池理想的正極材料。但是，高鎳層狀正極材料(LiNi1-xMxO2;M=Co,Mn,…)制備過程中會出現Ni3+向Ni2+離子的還原及后續Ni2+在鋰離子層間的占位，使得最終產物結構中出現Ni2+/Li+陽離子的混排和表面熔巖雜相的形成，嚴重影響了高鎳層狀正極材料的電化學性能。

針對以上問題，美國布魯克海文國家實驗室可持續能源技術系FengWang研究員及同步光源IIJianmingBai研究員與蘇州大學物理光電·能源學部能源學院高立軍教授課題組成員趙建慶副教授等利用原位X射線衍射、同步輻射X射線衍射、高分辨掃描透設電鏡及中子衍射等先進技術手段研究了高鎳層狀氧化物制備過程中的相變轉化、陽離子混排的具體成因及影響其層狀結構有序度的相關因素。

通過鈷元素的摻雜和煅燒工藝(煅燒溫度、煅燒氣氛和保溫時間)的優化，大大降低了高鎳層狀氧化物熱處理過程中Li元素的流失和結構表面NiO型熔巖相的形成，獲得了具有高層狀結構有序度的LiNi0.8Co0.2O2，其Ni2+/Li+陽離子混排率低于2%。

優化制備的高鎳層狀正極材料在寬工作電位(2.7-4.6V)下的比容量可達220mAh/g以上，并且循環穩定性能得到了顯著的提升。同時，XRD和NDP數據的精修結果表明，NiO前驅體通過鋰化直接形成了貧鋰的層狀中間相，未出現普遍報道的類尖晶石中間過渡相。

該貧鋰的層狀中間相在最佳煅燒溫度條件下存在著鋰化和鋰氧流失的競爭關系，是高鎳層狀氧化物結構表面出現熔巖雜相的主要原因，可通過優化熱處理條件和必要的鈷摻雜來提高高鎳層狀正極材料的結構有序度和電化學性能。

相關論文目前在線發表在AdvancedEnergyMaterials(DOI:10.1002/aenm.201601266)上。