高电压LiCoO2（LCO）凭借其卓越的体积能量密度，在便携电子市场占据主导地位。然而，高电压循环（> 4.55 V）会加剧LCO的结构退化和电极界面不稳定性，从而导致其循环过程中严重的机械性能劣化与剧烈的电化学性能衰减。因此，开发具有优异的机械完整性的LCO正极有利于推动其高电压的实际应用。 本文提出通过调控高温环境下的过渡金属元素互扩散行为，在LCO表面外延生长了晶格匹配的含钴富锂相表面。该表面修饰策略有效提升了高电压下的电极界面稳定性并抑制了LCO结构退化，从而赋予LCO正极优异的机械完整性，实现了其高电压下的循环稳定性。
通过高温过渡金属元素互扩散行为，成功制备出含钴富锂相表面包覆的高电压LCO正极（LCO-LR）。实验表征结果明确验证了含钴富锂相包覆层的形成，而理论计算进一步证实了该策略的可行性，并揭示了生成相的潜在组分构成（Li1.2Ni0.1Co0.17Mn0.53O2）。 电化学测试结果表明，在3.0-4.6 V的电压范围内，LCO-LR表现出5.6 mAh g-1的额外容量（0.1 C）以及更好的循环稳定性（1 C）。同时，LCO-LR在4.7 V超高电压以及软包全电池的循环测试中也展现出更好的循环性能。 循环后的电极表征发现，LCO电极的电解液分解更加严重，正极电解液界面（CEI）更厚且不均匀(~ 26 to 47 nm)，而LCO-LR的含钴富锂相表面有效的抑制了电解液分解，其CEI薄而均匀(~ 4 nm)。进一步分析表明，LCO-LR 的 CEI 的表面富集更多的无机 LiF 物种，证明了含钴富锂相有利于提高界面稳定性。 同样，循环后的LCO结构退化更为严重，其结构退化层厚度超过40 nm。相比之下，LCO-LR结构退化层仅为9 nm，其内部保持完整的层状结构，而富锂相仍锚定在退化表面和内部层状之间，因此LCO-LR展现出优异的机械完整性。该研究为高电压LCO正极材料的表面修饰设计提供了创新性的技术思路。 论文信息 Epitaxially Grown Lattice-Coherent Surface Enabling Superior Mechanical Integrity for High-Voltage LiCoO2 Cathode Xiang Li, Kexin Wang, Miao Tian, Xu Zhang, Xingyang Wu, Haotian Song, Shuo-Wang Yang, Junwei Zheng, Fanghui Du, Jing Lyu, Zhongkai Hao, Guo Qin Xu Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202504221
