能量密度的提升是鋰離子電池領(lǐng)域的研究重點，而正極材料是決定鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵。鎳錳酸鋰材料是一種高電壓的正極材料，具有高能量密度和良好的倍率性能；然而，其自身的高工作電壓會顯著加速電極材料表面的副反應(yīng)，嚴(yán)重損害電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和長循環(huán)性能，限制了它在高比能動力電池中的應(yīng)用。

在國家自然科學(xué)基金和中國科學(xué)院先導(dǎo)項目等支持下，中科院化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點實驗室曹安民課題組在電極材料結(jié)構(gòu)控制及穩(wěn)定性提升上開展了系列工作，基于多級表界面結(jié)構(gòu)設(shè)計（J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 7127；J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 9070）、表面晶格調(diào)控（Chem2018, 4, 1685-1695；ACS Appl. Mater. Interfaces2018, 10, 22896）等方式，實現(xiàn)了材料表界面活性的有效控制，獲得了電極材料穩(wěn)定性及器件長循環(huán)性能的顯著提升。

最近，相關(guān)研究團隊提出了一種基于表面納米精度的限域相變提升電極材料穩(wěn)定性的機制：基于可控的表面高溫固相反應(yīng)，引入鋅離子促進鎳錳酸鋰的表面尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轭悗r鹽相、層狀相兩者的復(fù)合構(gòu)型，精確調(diào)控兩相比例，在不犧牲材料電化學(xué)活性的前提下提升了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這種特殊的表面相態(tài)調(diào)控機制能夠克服常規(guī)表面惰性包覆方式對電荷傳輸?shù)膿p害，為基于電極材料自身表面化學(xué)特性調(diào)控，獲得兼具高容量、高穩(wěn)定性的關(guān)鍵電極材料提供了新的手段和機制，相關(guān)工作發(fā)表在《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 4900-4907）。

Zn2+促使尖晶石結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生相變：精確控制固相反應(yīng)，獲得層狀和類巖鹽共存的表面兩相區(qū)，基于相結(jié)構(gòu)和構(gòu)成的優(yōu)化提升電極材料的穩(wěn)定性

原標(biāo)題:化學(xué)所在高性能鋰離子電池電極材料研究中取得進展