正極表面的高化學(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性是實(shí)現(xiàn)高性能可充電池的先決條件。表面切面是決定表面穩(wěn)定性和循環(huán)性能的表面特性之一，而其潛在的機(jī)制仍然難以理解。

圖1 觀察不同表面上的降解情況

北京工業(yè)大學(xué)閆鵬飛、隋曼齡等通過(guò)電子顯微鏡全面研究了摻鋅P2層狀正極材料的表面退化，并驗(yàn)證了在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中，表面切面對(duì)表面穩(wěn)定性有顯著影響。

研究證明，垂直于（002）層平面的表面切面經(jīng)歷了嚴(yán)重的開(kāi)裂和腐蝕，而其他表面切面（平行于和斜于（002）層平面）在循環(huán)過(guò)程中要穩(wěn)定得多。

圖2 錯(cuò)位應(yīng)變引起的層狀平面彎曲的幾何分析

基于對(duì)表面結(jié)構(gòu)和成分變化的原子水平表征，作者發(fā)現(xiàn)表面穩(wěn)定性的差異主要來(lái)自于應(yīng)變釋放的幾何效應(yīng)，它可以有效地抑制斜面的表面裂紋。

這樣的機(jī)械增強(qiáng)作用，再加上過(guò)渡金屬（TM）凝結(jié)產(chǎn)生的化學(xué)鈍化作用，可以有效地防止表面相變的向內(nèi)傳播，協(xié)同導(dǎo)致斜面的高表面穩(wěn)定性。

這樣的表面穩(wěn)定性增強(qiáng)機(jī)制在鋰/鈉離子電池的O3型層狀陰極中得到了進(jìn)一步驗(yàn)證，表明表面切面控制可以成為優(yōu)化電池材料性能的一種有前途的策略。

圖3 循環(huán)誘導(dǎo)的P2層狀正極的表面結(jié)構(gòu)演變

Surface Facet Dependent Cycling Stability of Layered Cathodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302023