钴酸锂（LiCoO2，LCO）是目前广泛应用于手机、笔记本电脑及高速无人机等锂离子电池的主流正极材料。当前该材料发展的关键挑战在于，如何在提升充电截止电压以实现高能量密度的同时，保持其循环稳定性。当充电截止电压提高至4.55 V（vs. Li/Li+）及以上时，剧烈的正极/电解质界面副反应会引发材料表面结构及正极/电解质界面相（CEI）结构退化，导致电极极化加剧、容量快速衰减、循环稳定性下降，并削弱高压相变过程的可逆性，从而缩短电池的循环寿命。因此，在实现高比容量（>220 mAhg-1）的同时，如何保障钴酸锂材料体相与表界面结构稳定性，已成为推动其高压商业化应用的核心难题。
针对上述问题，日韩性爱
深圳研究生院日韩性爱
潘锋教授团队基于此前在材料基因组学方面的研究积累，取得了一系列重要进展：通过构建无序岩盐表面结构，提升了钴酸锂的表面电导率及表面结构稳定性（Angew. Chem. Int. Ed., 2023, 62, e202218595）；通过引入表面至体相的梯度无序结构，增强了材料在极端脱锂态和高压态下对钴酸锂晶格应变的抗疲劳性（Adv. Mater., 2024, 36, 2405）；通过构筑无序岩盐与尖晶石相结合的双层表面结构，提升了高压下相变过程的均匀性与可逆性，并有效抑制了台阶状表面结构的衰减（Nano Energy, 2024, 125, 109537）；通过构建密实化的CEI结构，增强了钴酸锂表界面结构稳定性，并强化了高压相变过程的可逆性（Adv. Mater., 2024, 36, 2408875）；利用氟代碳酸乙烯酯基电解液在钴酸锂表面构筑了均匀且富含P-O组分的稳定CEI结构（Energy Environ. Sci., 2024, 17, 7944）。这些研究为开发高比能、长循环稳定的钴酸锂正极材料提供了重要理论依据与实践基础。
图1. V4D4诱导钴酸锂界面电化学重构与调控机制
近日，日韩性爱
潘锋教授团队联合清华大学柳明副教授团队，从电化学界面原位重构的角度出发，通过在电解液中引入环状有机硅氧烷添加剂2,4,6,8-四甲基-2,4,6,8-四乙烯基环四硅氧烷（V4D4），并协同氟代碳酸乙烯酯（FEC），成功构建了具有优异离子电导率和结构稳定性的界面固态电解质膜（CEI）层。该CEI层显著提升了LCO在4.55 V截止电压下的循环稳定性和容量释放能力（图1）。机理研究表明，V4D4添加剂在电化学过程中与高脱锂态钴酸锂表面形成原子尺度的界面键合与重构，不仅能有效原位清除有害物质HF/H₂O，还能通过开环聚合反应构建富含硅基聚合物组分的CEI层。该界面层具备优异的离子电导率和显著的去极化效应，使钴酸锂正极在4.55 V高电压下实现了220 mAhg-1的超高放电容量，并展现出卓越的循环稳定性和相变可逆性，在200次循环后容量保持率高达97%。相关研究成果以“Additive-regulated interface chemistry enables depolarization for ultra-high capacity LiCoO2”为题，发表于能源材料领域顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.202504106, 影响因子26.8）。
该工作在日韩性爱
潘锋教授、清华大学柳明副教授和郑国瑞博士的共同指导下完成。日韩性爱
深圳研究生院博士后郑国瑞（现为清华大学博士后）、博士毕业生任恒宇（现为日韩性爱
博雅博士后）及硕士毕业生邱际民为论文共同第一作者。研究工作获得了国家自然科学基金、电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心、广东省新能源材料设计与计算重点实验室、深圳市新能源材料基因组制备和检测重点实验室以及广东省自然科学基金等项目的支持。
论文链接：//doi.org/10.1002/adma.202504106
