获得更高能量密度的锂离子电池，一直是人们的追求。电极材料的比容量是电池能量密度的主要决定因素。相对于商品正极材料，富锂锰基正极材料（Li1+xTM1-xO2, TM= Ni, Mn, Co; 下文简写为LNCM）的理论比容量较高（> 250 mAh g-1），具有生产制造高能量密度锂离子电池的潜力。然而，该材料在电化学循环过程还存在电压衰减、晶格氧释放和不可逆的结构变化等现象，导致较低的首次库伦效率、电压衰减和较差倍率性能等问题，制约了其大规模商业应用。

 针对上述问题，重点实验室李庆余教授、王红强教授、胡思江副教授团队和阿德莱德大学郭再萍教授团队合作，通过构建LNCM/NiFe2O4成键界面，实现了对晶格氧行为的调控，有效抑制了电池的电压衰减和氧气的释放，从而提升了LNCM材料的电化学性能和容量保持率。相关研究成果以“Phase Compatible NiFe2O4 Coating Tunes Oxygen Redox in Li-Rich Layered Oxide”为题发表在ACS Nano上，论文第一作者为博士生彭继明和李玉。

 图1 LNCM(104晶面)与NFO(400晶面)界面成键示意图

 此项工作通过在LNCM和NFO的表面区域构建一个M-O-N异质成键界面，有效调控晶格氧的氧化还原反应。M-O-N轴构型的作用是：(1)阻止邻近的表面晶格氧参与阴离子氧化还原，并防止阴离子氧化还原从表面开始向基体内部渗透；(2)阻止Li脱嵌过程中的结构坍塌。更重要的是，该工作通过原位拉曼光谱直接捕捉到表面晶格氧的氧化还原反应与阳离子迁移的解耦现象。通过优化NFO3的包覆量，获得了较高的循环稳定性(在1C下循环200次，循环稳定性为91.8%)和倍率性能(在5C下为109.4 mA g-1)。这种设计为调节富锂层状氧化物的晶格氧行为提供了一种可行的策略。

 图2 LNCM和NFO3电极的XPS分析：(a) 首次充放电过程中的XPS测试取样点；(b-c) LNCM和NFO3电极的O 1s谱图。

 图3 原位拉曼测试谱图：(a-c)和(d-f)分别为LNCM和NFO3的A1g振动(O-M-O)、[O-O]2-二聚体伸缩振动以及选取全谱图。

J Peng, Y Li, et al., Phase Compatible NiFe2O4 Coating Tunes Oxygen Redox in Li-Rich Layered Oxide. ACS Nano. 2021, 15, 7, 11607-11618

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c02023