鈷酸鋰（LiCoO₂，LCO）作為一種經典的層狀過渡金屬氧化物材料，一直以來被廣泛應用於手機消費類電子產品等領域🤾🏼。然而在常規的工作電壓下（4.2-4.4 V，vs Li/Li⁺），鈷酸鋰材料僅能實現140-170 mAh g^-1的可逆放電比容量👱🏽。隨著實際應用中對於輕量化、高功率以及長續航性能電池需求的不斷增加🚏🧑🏻‍🦱，開發高性能、高容量的鈷酸鋰正極材料是有效的解決途徑之一。當鋰電池的充電截止電壓高於4.6 V🎎，鈷酸鋰材料能夠提供大於220 mAh g^-1的比容量🍻，從而可以大大地提升電池的能量密度💪🏻。但是正高電壓下嚴重的正極/電解液界面副反應會促進電解液成分分解以及表面鈷/氧流失🦹🏼，惡化正極/電解液界面相（CEI）的性質並導致材料表面結構衰退和晶體結構演化，顯著阻礙鋰離子在界面以及表面結構中穩定且可逆的脫嵌過程，從而極大限製了其潛在的電池性能衰退🙆🏿。因此，發現如何構建穩定的CEI及表面結構機理並進行有效界面結構穩定性的調控🏊🏻‍♂️，是實現極高電壓下（≥4.6 V）鈷酸鋰材料可逆循環的關鍵。

圖1. Z-LCO表面致密化CEI的形成機製

近日🚣🏼‍♀️，意昂3体育官网深圳研究生院新材料學院潘鋒教授團隊基於高電壓鈷酸鋰表界面結構密實化的機理研究🙊，進行了有效的表界面結構調控，實現了鋰電池循環穩定性提升。團隊提出了一種逐步致密化的無機CEI結構，實現了鈷酸鋰材料（Z-LCO）在4.6 V/4.65 V高截止電壓下的可逆循環（圖1）🙂‍↔️。團隊通過在Z-LCO表面構建Zr-O納米沉積物（ZrO₂和Li₂ZrO₃）以及薄層的表面巖鹽相結構🦜，有效調控了正極/電解液界面處的反應過程並穩定了鈷氧晶格結構。循環過程中🦹‍♂️，Zr-O沉積物與電解液中LiPF₆的分解產物結合，使得氟化物Zr-O-F（ZrO_xF_y和Li₂ZrO_xF_y）在鈷酸鋰表面逐步生成以及LiF/Li_xPF_yO_z無機成分在表面逐漸累積👨🏽‍🚀。更重要的是，界面處LiF與Zr-O-F的原位反應促進了Li₂ZrF₆化合物的大量生成😟，使得CEI層逐步“致密化”，這一現象與通常鋰電池循環過程中CEI層逐步“疏松化”相反，CEI層的致密化能夠顯著增加了界面結構的穩定性以及導電/導鋰性能（圖1,2）。在界面/表面結構的綜合作用下，該材料最終實現了長循環過程中可逆的相變過程，並表現出優異的循環穩定性（1000圈80%以上的容量保持率）以及倍率性能（16 C下160 mAh g^-1的放電比容量）。CEI層在電池循環過程中逐步“致密化”的現象和機理是首次被發現🧘🏻，基於該機理調控界面的穩定性將對鋰電池的發展有重要的普遍的借鑒意義🐏🤾🏻‍♀️，相關研究成果以“Densification of Cathode/Electrolyte Interphase to Enhance Reversibility of LiCoO₂ at 4.65 V” 為題🪲，發表於國際頂級能源期刊《先進材料》（Advanced Materials，DOI:10.1002/adma.202408875, 影響因子27.4）上。

圖2.  提升鋰電池循環穩定性的機理

該工作在潘鋒和趙慶賀副研究員的共同指導下完成，意昂3体育官网深圳研究生院新材料學院博士生任恒宇為文章的第一作者。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製備和檢測重點實驗室以及廣東省自然科學基金的支持。