青海师范大学张彩虹课题组报道了通过Mg掺杂及LiFePO₄包覆对高镍三元正极材料NCM811进行的协同改性。

高镍三元正极材料具有高能量密度，可大规模应用于新能源汽车领域，但阳离子混排导致了结构不稳定和锂离子扩散缓慢，影响其循环稳定性和倍率性能。尤其是高度脱锂状态下的结构不稳定性，更是安全问题的关键所在。

表面包覆主要是利用惰性物质隔离正极材料表面与电解液之间的副反应、抑制金属离子的溶解、优化材料的循环性能，提高材料的安全性能。但此种改性不会改变材料的晶体结构，Li⁺/Ni²⁺混排等缺陷依然存在。掺杂主要是利用外加元素的离子半径和价态等性质与过渡金属（Ni、Co、Mn）不同，改变材料的晶格参数和过渡金属价态，提高正极材料的稳定性、循环性能或倍率性能等，但对材料表面的改善有限，正极材料仍然直接暴露在电解液中。因此，有必要将掺杂和包覆结合，全面提升材料的性能。

由于Mg²⁺与Li⁺及过渡金属离子具有近似的离子半径，使其易进入Li位从而抑制Li⁺/Ni²⁺混排。深度脱锂后，Mg²⁺可作为过渡金属层的“支柱”，降低O^2-—O^2-之间的排斥力，提高O—M—O的键能，有效防止晶格收缩及结构坍塌，提高材料的循环稳定性。LiFePO₄(LFP)作为锂离子电池正极材料，与其他惰性涂层材料相比，具有锂的氧化还原活性，在充放电过程中也能提供一定的放电容量。此外，橄榄石型结构的LFP材料中存在离域的三维立体化学键，由具有较强键能的P=O共价键构成四面体(PO₄)^3-，因此LFP材料在非常规条件下（如大倍率条件下）也具有非常好的稳定性。将其用于改性NCM材料，可防止在高倍率下结构坍塌，防止容量衰减，提升倍率性能。

基于此，作者考虑将上述元素和材料同时应用于NCM811材料，以达到提升材料循环稳定性和倍率性能的双重效果。研究结果表明，材料在0.2 C下循环100次后循环保持率由81.7%提升至90.8%。作为涂层材料，电化学活性LFP可以弥补电化学惰性Mg2+造成的容量损失，并防止材料表面发生副反应，降低材料极化，提高材料在高倍率下的结构稳定性。5 C大倍率后恢复到0.1 C的放电容量仍能达到初始容量的98%。因此，Mg掺杂和LFP涂层的共改性为提升高镍层状氧化物的结构稳定性提供了有效的方向。