北大突破锂电池钴酸锂表面稳定晶格氧研究

北京大学深圳研究生院潘锋教授团队在锂离子电池正极材料钴酸锂（LCO）的表面稳定性研究中取得突破。针对LCO在高电压下容量衰减的难题，团队通过调控表面锂离子含量，构建了尖晶石相和岩盐相两种LCO材料。研究发现，岩盐相LCO具有更高的晶格氧稳定性，有效抑制了晶格氧损失和表面降解，显著提升了电池循环寿命和高电压性能。该研究成果为开发高性能高压LCO正极材料提供了新的理论依据和技术途径，具有重要的学术意义和应用价值。

钴酸锂（LiCoO2，LCO）作为首批在手机等消费电子产品中商业化的锂电池正极材料，仍然面临着在高电压（>4.55V vs. Li/Li+）下容量衰减的挑战，这成为其进一步发展的关键障碍。容量衰减的原因主要包括不可逆的结构相变、晶格氧（On-）的氧化和损失、表面降解以及与电解液发生的副反应。这些问题会导致晶格畸变和裂纹产生，影响电化学界面的稳定性，从而严重影响电池的循环寿命和性能。为了克服这些难题，研究人员尝试了多种方法来改善LCO的表面结构并减少界面晶格氧的损失，其中最常见的表面改性方法包括构建表面岩盐相和尖晶石相。尽管尖晶石相和岩盐相对LCO表面的调控已有大量研究，但二者对晶格氧稳定性的差异（特别是在长期循环中的电化学行为）仍缺乏系统的比较。因此，全面分析这两种表面相调控策略对LCO长期循环稳定性的影响，对提高高电压循环稳定性至关重要。

LCO表面尖晶石相与表面岩盐相中晶格氧在长期循环中的演化机制

最近，北京大学深圳研究生院新材料学院的潘锋教授和赵庆贺副研究员团队取得了重要研究进展。他们通过调控表面Li+含量，在LCO表面构建了尖晶石相（S-LCO）和岩盐相（R-LCO）。通过对循环后的表面相表征、价态分析以及氧空位形成和迁移的理论计算，团队阐明了两种表面相对晶格On-稳定性的差异。研究发现，在4.6V下的长期循环过程中，LCO表面的尖晶石相因晶格氧损失而逐渐退化，最终转变为较厚的Li⁺阻挡相结构；而R-LCO表面的岩盐相中的晶格氧在循环中保持了长期的稳定性，确保了表面Li+的稳定脱嵌。理论计算显示，岩盐相中晶格氧的迁移势垒显著高于尖晶石相。得益于表面晶格氧的稳定化，R-LCO||Li电池在4.6V电压下以1C电流循环1000次后，容量保持率高达78.6%，并在45℃浮充测试中表现出优异的耐久性。这项研究揭示了表面结构调控对提升LCO正极性能的重要性，为开发先进高压LCO正极提供了新的思路。相关研究成果以“Stabilizing Surface Lattice On-（0

该研究在潘锋、赵庆贺和博士后易浩聪的共同指导下完成，北京大学深圳研究生院新材料学院的博士生赵文光为文章的第一作者。该工作得到了电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心、广东省新能源材料设计与计算重点实验室、深圳市新能源材料基因组制备和检测重点实验室以及广东省自然科学基金的支持。

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