天目湖先进储能技术研究院：TMR锂电层状氧化物正极材料的原子尺度失效机制研报总结
一、研报核心观点
本研报深入探讨了锂电层状氧化物正极材料（如NMC）在充放电过程中的原子尺度失效机制，重点关注其相变退化与力学失稳问题。通过结合深度学习辅助的超分辨透射电子显微镜（TEM）等技术，揭示了材料在循环过程中的微观结构演变规律，并提出了抑制失效的新策略。
二、关键数据与研究结论
1. 层状氧化物的相变退化与力学失稳机制
- 相变过程：层状氧化物在脱锂过程中经历O3相（初始态）→ O1相（剪切相变）→ 岩盐相（Rock Salt）的演变。O1相以纳米畴形式存在，与O3相形成复杂的相界面（连续或突变界面）。
- 新机制发现：提出了O1相→岩盐相的直接转变路径，该路径具有低能垒，是相变退化的关键环节。
- 裂纹形核机制：位错诱导的相变与裂纹同步形核，O1/03相界面处的失配位错促进岩盐相优先在位错核心形核，进而导致裂纹（开放或封闭）的形成与扩展。
- 失效总结：脱锂导致的氧损失、过渡金属（TM）迁移以及层间剪切应力共同引发层状氧化物的结构破坏和性能衰减。
2. 电化学应力诱导相变机制
- 局部变形类型：包括表面扭折（层内O1/03畴交替排列）、体相扭折（离散O1相与岩盐相分布）和局部弯曲变形（诱导O3→O1相变）。
- 应力与相变关系：表面扭折和体相扭折均通过局部晶格畸变驱动相变，揭示了电化学应力在相变中的关键作用。
3. 全固态电池中的层状氧化物失效机制
- 失效现象：NMC-811/LPSCI全固态电池在低电压下生成块体O1相，并首次观察到ABAB氧离子排列。表面“晶格碎化”形成纳米晶岩盐相，导致界面失配。
- 失效原因：晶格失氧与局部应力耦合驱动表面“晶格碎化”，结合脱锂剪切相变，共同加速正极退化。
- 关键发现：全固态电池中的“类李晶”（TDs）结构比液态电池更为复杂，表明剪切损伤更严重；表面纳米晶岩盐相的生成是电化学驱动的，而非化学驱动。
三、材料开发与突破
基于上述基础研究，天目湖先进储能技术研究院开发了多组元掺杂技术，成功设计出高性能、长寿命的高镍/中低镍层状氧化物材料（如HE-LNMO）。
- 性能提升：超强固“氧”能力（XANES、EXAFS数据支持）、零应变属性、超高热稳定性（DSC、TGA-MSO测试）和超高电化学循环稳定性（循环后容量保持率>95%）。
四、总结
本研报通过原子尺度表征和理论分析，系统揭示了层状氧化物正极材料的失效机制，并提出了有效的抑制策略。研究成果不仅深化了对材料退化规律的理解，还为高性能锂电材料的开发提供了重要指导。
