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高镍三元正极材料是锂离子电池领域的研究热点，它具有高容量、低成本的优点。但高价镍的高反应活性也带来了严重的界面副反应，导致容量衰减快、安全性差、机械失效等问题，严重限制了其大规模商业应用。
高镍三元正极材料的单晶化是改善这些问题的有效途径：一方面，使纳米晶粒长大成微米级单晶颗粒，可以降低材料比表面积，从而减少其与电解液的副反应、提高安全性；另一方面，单晶化后消除了一次晶粒间的晶界与空隙，有助于提高材料压实密度，从而提高电池体积能量密度。
为合成性能优异的大尺寸单晶高镍正极材料，中国科学院化学研究所郭玉国研究员团队联合物理所禹习谦研究员、奇瑞新能源李阳兴博士、马里兰大学王春生教授团队，提出了构筑纳米低共熔界面相的合成方法，从而实现了单晶高镍正极材料粒径1-12 μm范围内的可控制备，打破了高镍三元正极材料高体积能量密度与高质量能量密度不可兼得的困境。相关研究发表于《国家科学评论》（National Science Review, NSR）。
（a）致密电极、四面体空隙和八面体空隙的示意图, (b, c) SCNR和多晶NCM811的截面SEM图, (d) SCNR-SiOx/石墨软包电池的充放电曲线, (e) SCNR-石墨软包电池的循环性能, (f) LiCoO2, SCNR和多晶NCM811正极在软包电池中的低温性能比较, (g,h) LiCoO2, SCNR和多晶NCM811正极在软包电池中的T-t曲线和升温速率比较。
该合成方法通过晶格匹配性筛选出促使晶粒生长的烧结助剂，加速晶界融合，降低了材料的等效合成温度。
最终，材料体积能量密度达到3000 Wh/L，极片压实密度高达3.9 g/cm3，组装的软包电池体积能量密度高达730 Wh/L，质量能量密度达303 Wh/kg；同时获得了高的体积能量密度和质量能量密度。
该材料有望替代价格昂贵的钴酸锂正极材料，减少对钴的依赖，为缓解钴资源危机提供了一种新思路。此外，该工作煅烧助剂的筛选与晶粒生长机制的研究为其他储能电极材料的合成提供了有益参考。
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