北京大学深圳研究生院潘锋团队开发高性能的三元锂电池正极材料

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为提升高能量密度锂离子动力电池的循环稳定性，研究人员针对超高镍单晶正极材料（LiNixCoyMn1-x-yO2, x＞0.9）表界面离子传输慢和副反应严重的问题，提出了一种创新的界面优化策略。该策略通过预先在单晶表面构建富质子层，利用其与电解液溶质LiPF6的高反应活性，在首次充放电过程中原位转化为致密的LiF和Li3PO4无机保护膜。

图1：界面富质子层的原位转化机制

研究团队采用多种先进技术，包括原位电化学红外、紫外光谱、高分辨飞行时间二次离子质谱和冷冻透射电镜等，详细阐明了富质子层在电化学过程中的转化机制，并证实了其转化为亚纳米级界面膜的全过程。该致密界面膜有效抑制了界面副反应，显著提升了电池的循环性能（800次循环后容量保持率超过83%）。

图2：有、无界面富质子壳的材料的界面结构演化对比

深入研究表明，人工界面质子层的“局部富集”和“致密”特性是其高效作用的关键。富质子层的均匀分布和界面富集特性，促进了亚纳米氟磷层的原位成核和生长，有效抑制了正极材料与电解液的副反应。相比之下，电解液中自由质子的随机分布导致界面保护层分布不均，保护效果有限。

这项研究不仅提出了一种新颖的界面层原位重构策略，还揭示了表面富集和致密性在质子利用中的关键作用，为开发高性能锂离子电池提供了新的思路。相关研究成果已发表在国际知名期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。 该研究由潘锋教授指导完成，薛浩宇和梁勇志为共同第一作者，潘锋教授、谭兴华副研究员和刘同超研究员为共同通讯作者。 研究得到了广东省和深圳重点实验室以及广东省自然科学基金的支持。

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