近日，上海科技大学物质科学与技术学院谢琎课题组、郑帆课题组与北京高压科学研究中心董洪亮博士在高能量密度锂离子电池正极材料研究领域取得重要进展，相关研究成果以“Unraveling Synergistic Dual-Element Doping Mechanisms in Solid-State Synthesis via Atomic Layer Deposition-Enabled Model Systems”为题，发表于国际学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society, JACS）。该工作围绕高镍层状氧化物正极材料固相合成中的多元素掺杂机制展开研究，为理解元素掺杂行为、提升高电压正极材料循环稳定性提供了新的研究思路。
图1. 传统物理混合的固相反应界面与ALD模型体系中的固相反应界面差异
外源离子掺杂是提升高镍正极材料结构稳定性和电化学性能的重要策略，但传统依赖物理混合进行掺杂的固相合成方法中，掺杂剂、前驱体和锂源之间容易因混合不均发生局部副反应，导致掺杂元素真实分布与作用机制难以精准解析。针对这一问题，研究团队利用原子层沉积（ALD）构建了可控模型体系，将目标掺杂氧化物均匀沉积于前驱体颗粒表面，有效降低了界面反应数量，从而减少了副反应的干扰。研究发现，在Al-W双元素体系中，单独引入W时W元素更倾向于富集在颗粒表面，而Al在NCM中的掺杂能够促进W进入层状正极材料晶格，实现协同掺杂。该协同掺杂作用有助于增强材料结构稳定性，改善高电压循环性能和倍率性能。
图2. NCM材料中Al-W协同掺杂的元素分布及其电化学性能
谢琎教授课题组博士研究生吴一凡、郑帆教授课题组博士研究生谢天烨为论文共同第一作者；谢琎教授、郑帆教授，以及北京高压科学研究中心董洪亮博士为论文共同通讯作者。上海科技大学为第一完成单位。
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