鈷酸鋰（LiCoO2，LCO）是首個且現(xiàn)在一直在手機等消費電子商業(yè)化應用的鋰電池正極材料。但隨著對LCO材料容量需求的提升，其在高電壓（>4.55V vs. Li/Li+）下的容量衰減問題愈發(fā)突出，成為阻礙其進一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。造成容量衰減的原因主要包括不可逆的結(jié)構(gòu)相變、晶格氧（On-）的氧化和損失、表面降解及與電解液發(fā)生的副反應。這些問題會引發(fā)晶格畸變、裂紋產(chǎn)生，導致電化學界面不穩(wěn)定，嚴重影響電池的循環(huán)壽命與性能。為解決這一難題，研究人員嘗試了多種改善LCO表面結(jié)構(gòu)、減少界面晶格氧損失的方法，其中最為典型的表面改性方法涉及表面巖鹽相和尖晶石相的構(gòu)建。盡管已有大量研究通過尖晶石相和巖鹽相對LCO表面進行調(diào)控，但二者對晶格氧穩(wěn)定性的差異（尤其是長期循環(huán)中的電化學行為）仍缺乏系統(tǒng)對比。因此，全面分析兩種表面相調(diào)控策略對LCO長效循環(huán)穩(wěn)定性的影響，對提升高電壓循環(huán)穩(wěn)定性至關(guān)重要。

LCO表面尖晶石相與表面巖鹽相中晶格氧在長效循環(huán)中的演化機制

近日，北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授/趙慶賀副研究員團隊取得重要研究進展，通過調(diào)控表面Li+含量，在LCO表面構(gòu)建尖晶石相（S-LCO）和巖鹽相（R-LCO），結(jié)合循環(huán)后表面相表征、價態(tài)分析與氧空位形成/遷移的理論計算，闡明了兩種表面相對晶格On-穩(wěn)定性的差異。研究發(fā)現(xiàn)，在4.6V下長期循環(huán)過程中，LCO表面的尖晶石相因晶格氧損失逐漸退化，最終轉(zhuǎn)變?yōu)檩^厚的Li?阻擋相結(jié)構(gòu)；而R-LCO表面巖鹽相中的晶格氧在循環(huán)中保持長效穩(wěn)定，保障了表面Li+的穩(wěn)定脫嵌。理論計算表明，巖鹽相中晶格氧的遷移勢壘顯著高于尖晶石相。得益于表面晶格氧的穩(wěn)定化，R-LCO||Li電池在4.6V電壓下以1C電流循環(huán)1000次后容量保持率高達78.6%，并在45℃浮充測試中表現(xiàn)出優(yōu)異的耐久性。該研究揭示了表面結(jié)構(gòu)調(diào)控對提升LCO正極性能的重要性，為開發(fā)先進高壓LCO正極提供了新思路。相關(guān)研究成果以“Stabilizing Surface Lattice On-（0

該工作在潘鋒、趙慶賀和博士后易浩聰?shù)墓餐笇峦瓿?，北京大學深圳研究生院新材料學院博士生趙文光為文章的第一作者。該工作得到了電動汽車動力電池與材料國際聯(lián)合研究中心、廣東省新能源材料設計與計算重點實驗室、深圳市新能源材料基因組制備和檢測重點實驗室以及廣東省自然科學基金的支持。