陆盈盈：LiCoO2颗粒在超高压下的电化学表面钝化及其在锂电池中的应用

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自第一次商业化以来，可充电锂离子电池已被广泛应用于各种便携式电子产品中以及大型电动汽车和储能电网。基于迅速增长的工业需求，具有更高能量密度和更大功率输出的锂离子电池研究更加迫切。在目前各种阴极材料中，锂钴氧化物（LiCoO2，LCO）在超过31%的锂离子电池中得到使用，主要原因在于其有序的α-NaFeO2层状结构能够实现方便的可扩展生产和快速可逆的锂嵌入。研究表明，LCO的理论容量达到 274 mAh g-1，但是其实际放电容量仅为140 mAh g-1左右。为了提高高容量LCO电池的循环性能，保护LCO纳米颗粒的多种策略不断开发出来，其中利用金属化合物或锂化合物涂覆LCO颗粒被认为是最有前景的方法。然而，截止目前操作LCO电池超过 4.55 V的研究报道依然很少。

近日，浙江大学陆盈盈研究员课题组与亚利桑那州立大学Houlong L. Zhuang教授合作，实现了通过使用三元Li、Al和F混合处理在4.6 V的截止高压下LCO电池的电化学性能增强。其中，Li、Al和F改性LiCoO2（LAF-LCO）是通过简便且可扩展的水热反应制备的，得到的具有MO（M = Li，Al）纳米颗粒的富含Al和F的涂层能够有效抵抗液体电解质HF的侵蚀以及提高4.2 V以上电压时的界面稳定性和结构完整性。研究还发现，由锂-铝-钴-氧化物-氟固体溶液形成薄的掺杂层能够抑制电压高于 4.55V时锂钴氧化物的相变。该成果以题为"Electrochemical surface passivation of LiCoO2 particles at ultrahigh voltage and its applications in lithium-based batteries"发表在国际著名期刊Nature Communications上。

在本文中，通过一种简便且可扩展的水热辅助混合表面处理的方法，作者成功地在LCO颗粒上构建了稳定且导电的LAF基复合保护夹层。这种表面处理阻碍了液体电解质和锂钴氧化物颗粒之间的直接接触，从而减少了活性钴的损失。此外，这种薄的掺杂层能够抑制电压> 4.55V的条件下锂钴氧化物的相变。该方法有望实现高能量密度锂基电池的可扩展工业生产。

文献链接：Electrochemical surface passivation of LiCoO2 particles at ultrahigh voltage and its applications in lithium-based batteries (Nature Commun. 2018, DOI: 10.1038/s41467-018-07296-6)