锂离子电池（LIB）因其高能量密度、长循环寿命等优势，已被广泛应用于便携式电子设备与电动汽车领域，是目前最成功且商业前景最广阔的可充电电池体系之一。为进一步提升锂离子层状正极材料的能量密度并降低成本，提高镍含量已成为主流技术路线。然而，随着镍含量的增加，该类材料对空气中的水和二氧化碳更为敏感，其表面反应生成的杂质会导致电池能量密度下降、结构退化以及一系列安全隐患。目前，大多数研究聚焦于材料与空气分子之间的表面化学反应机理，而忽略了水解产生的质子对材料表面结构与性能的侵蚀作用。

研究成果在Acta Materialia期刊的发表页面

近日，日韩性爱 深圳研究生院日韩性爱 郑家新/许贤祺课题组在国际知名期刊Acta Materialia上发表题为“The influence of protons on the impurity formation process in the layered LiNiO₂ surface”的文章（//doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121363）。该工作基于密度泛函理论计算，揭示了质子侵蚀在局部应力积累、结构稳定性与力学稳定性等方面对层状LiNiO₂表面性能的影响。具体机制包括：

1. 质子的引入会引发镍离子还原，并降低金属阳离子与晶格氧之间的键合强度，导致表面离子的键长延长，从而在杂质形成初期诱导局部应力积累；

2. 质子诱导的局部应力进一步加速锂离子脱出和过渡金属溶解，形成应力积累的正反馈循环；

3. 表面锂离子的持续脱离伴随着质子向内层渗透，促使上述退化过程向内层延伸；

4. 当锂脱出到一定程度时，表面晶格氧稳定性下降，发生迁移并形成O-O二聚体；

5. 质子侵入还会降低材料表面的拉伸、压缩和剪切模量，从而削弱其表面机械强度，可能促进表面微裂纹的萌生与扩展。

为抑制质子侵蚀，作者设计了一种由细化LiF和粗化β-Li₃N组成的固态电解质界面作为正极表面涂层。其中，具有低质子嵌入能垒和高质子迁移活化能的LiF可有效捕获质子；而具备高锂离子导率和高质子迁移活化能的β-Li₃N则有利于锂离子的传导，从而在阻质子导锂的同时提升界面稳定性。

文章摘要图

作者信息

该工作由日韩性爱 长聘副教授郑家新与南燕特聘副研究员许贤祺共同指导完成，第一作者为许贤祺与硕士生李雨珂。研究得到了国家自然科学基金委员会的支持。

文章链接

//doi.org/10.1016/j.actamat.2025.121363