江汉大学Angew.：4.7V稳定循环的钴酸锂电池重要进展！

【工作要点】

本工作中，研究人员基于可扩展的粉末原子层沉积（ALD）技术，采用精确的纳米薄膜镀膜和掺杂（PNCD）方法，为 LCO 引入了一种多功能表面结构，并将其命名为 ALCO，该结构将超薄 LiAlO₂ 镀膜层与 Al 梯度掺杂融为一体。这种超薄的 LiAlO₂ 涂层不仅是防止 LCO 与电解质之间发生不良副反应的坚固物理屏障，而且还是 Li⁺ 的导体，可显著增强 Li⁺ 的扩散动力学。Al 梯度掺杂的策略性加入通过抑制晶格波动限制了 H1-3 到 O1 的相变，从而进一步稳定了 LCO，并通过调节 Li⁺ 扩散路径增强了 Li⁺ 扩散动力学。因此，经 ALCO 优化的 LCO 在 4.7 V 的超高截止电压下显示出 230 mAh g^-1 的超强可逆容量，与充电至 4.5 V 时的容量相比提高了 28%。此外，这种改良型 ALCO 半电池在 4.7 V 电压下循环 300 次后，容量保持率达到了前所未有的 85.79%。这项研究为改善 LCO 阴极性能以超越传统电压极限这一长期挑战提供了可行而有效的解决方案，为未来的储能技术提供了广阔的前景。    

图 5.裸 LCO 和 ALCO 的降解机制示意图。

【结论】

在本研究中，研究人员在粉末 ALD 的基础上采用 PNCD 技术开发了一种 LCO 的集合表面结构。这种结构将超薄 LiAlO₂ 表面涂层层与梯度 Al 掺杂整合在一起，实现了 LCO 在 4.7 V 高电压下电化学性能的多方面提升。超薄致密的 LiAlO₂ 表面镀膜层不仅建立了快速的 Li⁺ 迁移通道，促进了 LCO 表面的 Li⁺ 传输，还形成了薄而稳定的 CEI，抑制了高电压下的界面副反应。同时，铝的梯度掺杂有效抑制了从 H1-3 相到 O1 相的不利相变，从而提高了结构的稳定性。DFT 计算进一步证实，通过这种协同表面改性，LCO 的导电性得到显著改善，从而显著提高了电化学性能。因此，优化后的 LCO（标记为 ALCO）在 4.7 V 电压下显示出 230 mAh g^-1 的显著可逆容量，与 4.5 V 电压下的容量相比，大幅提高了 28%。此外，ALCO 还表现出前所未有的容量保持率，在 3.0-4.7 V 的电压范围内，经过 300 次 1 C 循环后，其容量保持率为 85.79%；在 4.75 V 的高充电截止电压下，经过 200 次 1 C 循环后，其容量保持率为 82.08%。这项工作阐明了一种可行的表面优化策略，可提高 LCO 在高压条件下的寿命和性能。这种集合表面结构的成功为其在其他正极材料上的应用铺平了道路，有可能彻底改变高电压、高能量密度锂离子电池的开发。