linio开仓，LiNiO2做负极还能跑10000圈

linio开仓，LiNiO2做负极还能跑10000圈2.电化学性能图1. (a)Ni(OH)2和NiO NSs的XRD图谱；(b)Ni(OH)2、(c)NiO NSs的SEM图像和(d)NiO NSs的电子图像以及(e)Ni和(f)O元素的映射。【核心内容】1. 材料表征图1显示了Ni(OH)2和NiO NSs的XRD图谱和SEM图像。证实了使用水热法成功制备了具有高均匀性的高质量Ni(OH)2 NSs。通过在空气中600 ℃下简单煅烧2小时，将Ni(OH)2 NS转化为NiO。由于Ni(OH)2和NiO的结构不同，氢氧化物结构被破坏形成氧化物导致大量缺陷的产生，从而导致形成高度多孔的NiO NSs。

【研究背景】

由于过渡金属氧化物（如Fe2O3、Fe3O4、SnO2和NiO）具有成本低、合成简单且可规模化等优点，其作为LIB负极材料的研究已广泛开展。然而，尽管它们的库仑效率高，这些负极材料的长期循环性能却较差。因此，开发自修复负极材料可能是解决这一问题的可行方案。许多研究提出了具有高稳定性和高容量的先进负极，但这些负极材料的寿命仍然有限。因此，仍然需要开发具有长循环寿命的用于实际应用的负极材料。

【成果简介】

鉴于此，韩国嘉泉大学的Il Tae Kim教授等人展示了由NiO纳米材料重组引起的特定自修复效应，得到具有高度稳定容量的LiNiO2，用于锂存储。所研究的NiO纳米片负极显示出1434/1113 mAh g-1的高初始放电/充电容量，在初始锂化过程中逐渐退化，容量逐渐下降，直到发生重组效应形成LiNiO2，在电化学过程中保持稳定。已知LiNiO2是一种常见的锂离子电池插层型正极材料，其工作电位约为2.5-4.2 V。该正极的不稳定性是由于其在高电位（4.15 V vs. Li /Li)下的降解，导致在循环过程中产生大的应变和裂纹。而在本研究中，电压范围设定为0.01-3.0 V。因此，锂化过程的机理是基于氧化还原反应，与普通LiNiO2正极材料的嵌入机理完全不同。该材料在1.0 A g-1循环1000次和在10.0 A g-1循环10000次时表现出稳定的循环性能，并在0.1 A g-1下立即恢复容量，证明了其作为锂存储系统中的高容量活性材料的巨大潜力。相关研究成果以“Restructuring NiO to LiNiO2: Ultrastable and reversible anodes for lithium-ion batteries”为题发表在Chemical Engineering Journal上。

【核心内容】

1. 材料表征

图1显示了Ni(OH)2和NiO NSs的XRD图谱和SEM图像。证实了使用水热法成功制备了具有高均匀性的高质量Ni(OH)2 NSs。通过在空气中600 ℃下简单煅烧2小时，将Ni(OH)2 NS转化为NiO。由于Ni(OH)2和NiO的结构不同，氢氧化物结构被破坏形成氧化物导致大量缺陷的产生，从而导致形成高度多孔的NiO NSs。

图1. (a)Ni(OH)2和NiO NSs的XRD图谱；(b)Ni(OH)2、(c)NiO NSs的SEM图像和(d)NiO NSs的电子图像以及(e)Ni和(f)O元素的映射。

2.电化学性能

对于半电池测试，使用NiO NSs作为工作电极，锂箔用作参比电极。在0.1 A g-1的低电流速率下，电池容量在100次循环后逐渐从~ 1434 mAh g-1（初始放电容量）降低到~ 100 mAh g-1，如图2a-b所示。当以0.5 A g-1的高电流速率进行循环时，循环100次后即可观察到电池容量的自修复效果，循环350次后电池几乎完全恢复（图2c）。电极在0.5 A g-1的长期循环下表现出非常稳定的容量保持率。然后，负极的容量在0.1 A g-1时高达∼1200 mAh g-1，且没有容量衰减。图2d显示了自修复电池在0.1到1.0 A g-1的不同电流速率下的倍率性能。当电流从1.0降低到0.1 A g-1时，电池在高倍率测试后恢复了100%的容量。此外，该电池还显示出稳定的放电/充电容量，库仑效率达~99.9%。

图2. (a)NiO负极在0.1 A g-1时的循环性能和(b)初始电压曲线；(c)NiO负极在0.5 A g-1下的循环性能；(d)NiO负极在循环过程中恢复容量后的倍率性能；(e)修复后电池的电压曲线和(f)修复后NiO负极在0.1 A g-1下的循环性能。

图3a显示了NiO电极前三个循环的CV曲线。图3b显示了NiO负极在0.5 A g-1下500次循环和0.1 A g-1低速率下超过60次循环后的修复过程。电池容量在100次循环后迅速下降，然后在第350次循环后电池缓慢修复。修复后，电池在0.5 A g-1下显示出约800 mAh g-1的恒定容量，在0.1 A g-1下显示出1200 mAh g-1的恒定容量。这表明电解质衍生的表面和负极材料的形态在350次循环后得到了优化。图3c的电池电压曲线可以清楚地观察到容量的退化和恢复。EIS测试结果显示修复电池的电荷转移电阻要低得多（33.9 Ω）。表明通过电化学过程重组NiO负极后获得的优化结构提高了其导电性，从而提高电池的锂化/脱锂性能。

图3. (a)NiO负极的CV曲线；(b)NiO负极在0.5 A g-1和0.1 A g-1下的循环性能；(c)不同循环次数的电压曲线；循环期间(d)放电和(e)充电过程的微分容量图；(f)奈奎斯特图。

3. 非原位研究和循环稳定性

为了进一步了解NiO负极的这种行为，选择了电极的五种不同状态，通过XRD来分析其结构，如图4a-b所示。在初始状态下，负极的XRD图案显示出对应于NiO活性材料。有趣的是，在18.6°观察到一个宽峰，这可归因于LiNiO2的形成。约36°和44°的其他峰证实了在完全充电的电池中形成了LiNiO2（图4b）。为了进一步确认LiNiO2结构的形成，进行了非原位TEM测试。图4c-f分别显示了修复电池的活性材料在不同电压下的非原位HRTEM图像和SADP。该电池在0.01 V时显示出最清晰的Ni结晶特征。图4d-e插图中所示的SADP图像说明负极材料在低电位下主要以Ni和LiO2相的形式存在。当电池充满电时，NiO完全重结晶为LiNiO2，晶格间距约为0.237 nm（图4f），对应于（006）平面的LiNiO2。这些结果表明，当负极完全充电时，没有形成NiO，而是重构为LiNiO2。

图4. (a)500次循环后的负极在初始状态和0.01 0.7 1.5和3.0 V下的非原位XRD图谱；(b)LiNiO2在35-45°范围内的详细XRD峰。(c-f）修复电池的非原位HRTEM图像和SADP（插图）。

600次循环后修复的NiO负极的CV曲线如图5a所示。可以观察到，修复的电池表现出高度稳定的长期循环。此外，修复后的电池在1.0 A g-1的高电流速率下的循环测试持续了1000多个循环。尽管经过长期循环，电池仍表现出非常稳定的容量，约为400 mAh g-1，当电流速率降低至0.1 A g-1时，该容量立即恢复到~ 1200 mAh g-1 (图5b)。此外，修复后的电池在10.0 A g-1（图5c）下具有出色的高倍率性能，表明它非常稳定，即使在高电流速率下也具有约100 mAh g-1的可逆容量。即使在非常高倍率的循环之后，容量也恢复到~1200 mAh g-1（图5d）。即使在高电流速率下长时间循环，电池也显示出稳定的容量。这种循环性能的稳定性对于长期稳定的LIB非常有益。

图5. (a)NiO电极在0.5 A g-1下600次循环后的CV曲线，(b)在1.0 A g-1下1000次循环和0.1 A g-1下的循环性能，和(c)在10.0 A g-1下进行10000次循环，(d)在0.1 A g-1下经过10000次循环后的50次循环。

图6a-b中的非原位XPS进一步证实NiO向LiNiO2的重组。3.0 V的电池对应于NiO（或重组的LiNiO2）的恢复状态。图6c-e中的SEM图像显示了初始状态下NiO电极的表面，显示出具有多孔的表面。LiNiO2的再结晶形成了具有条纹结构的表面，如图6e所示。这种复杂的边缘结构可以提供更多的表面积并促进锂离子的嵌入。因此，可以得出结论，通过高电流倍率循环，NiO的结构和形貌已经转变为LiNiO2和Ni的边缘结构。

图6. NiO电极(a)在0.7 V和(b)在3.0 V的初始状态、第1次循环、第100次循环和第600次循环的非原位高分辨率Ni 2p XPS光谱；(c-e)初始状态、第600次循环后0.7 V和第600次循环后3.0 V的SEM图像。

总之，多孔NiO NSs可以在循环过程中重建为纳米LiNiO2。Ni/LiNiO2的边缘结构有利于锂离子的插入/脱离，从而延长循环稳定性。因此，本研究中提出的重组策略对于开发用于锂存储应用的优秀负极材料非常有效。这是首次报道LiNiO2作为负极材料的应用。因此，本研究为轻松开发用于锂离子电池的高容量负极材料开辟了一条新途径。尽管LiNiO2没有表现出非常高的高倍率容量，但它在实现高倍率性能后表现出超稳定性、易于合成和快速的容量恢复，使其成为未来锂离子电池的有前途的负极材料。

【总结】

在这项研究中，作者首次成功合成了多孔NiO NSs作为负极材料。这些NiO NSs在电池的电化学过程中重组为LiNiO2。重组后的LiNiO2几乎恢复了其容量，并实现了约1200 mAh g-1的高可逆容量。非原位XRD和TEM分析证实NiO成功地重组为LiNiO2。此外，LiNiO2在1.0 A g-1下循环1000次和在10.0 A g-1下循环10000次时表现出稳定的长期循环性能，并在0.1 A g-1时立即恢复其容量，证明了其作为长期稳定、高容量的锂存储活性材料应用的潜力。LiNiO2高倍率性能的进一步提高将促进其在不久的将来的商业化。

Thang Phan Nguyen Trinh Thi Giang Il Tae Kim Restructuring NiO to LiNiO2: Ultrastable and reversible anodes for lithium-ion batteries Chemical Engineering Journal. 2022 https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135292