层状过渡金属氧化物钴酸锂（LiCoO₂，LCO）凭借其独特的结构优势，长期在消费电子领域得到广泛应用。随着新质生产力的发展，人们对锂离子电池能量密度的要求日益提高。在此背景下，通过提高充电截止电压以释放LCO潜在容量，已成为突破能量密度的主流策略。然而，当工作电压超越4.5V时，深度脱锂状态下的LCO面临严峻的结构稳定性挑战，不可逆相转变、表层晶格氧逸出、近表面构型重排及界面副反应显著恶化等现象相继发生。这些劣化机制不可避免地导致材料结构骨架坍塌与循环寿命衰减。有鉴于此，溯源高压态下LCO表面结构衰退的微观机理，并针对性地开发高效的表面修饰与调控手段，是破解其高电压循环稳定性难题的关键所在。

近日，电子游艺 深圳研究生院电子游艺 潘锋/赵庆贺团队联合香港理工大学费宾教授团队，针对高电压钴酸锂（LCO）正极材料表面结构失效的根源机理开展了系统研究。研究首次揭示了由层间相对滑移诱导形成的表面纳米台阶，是触发表层晶格氧逃逸及近表面结构演化的核心原因。具体而言，当充电电压提升至4.6V引发材料深度脱锂时，LCO表面的Co-O层发生剪切位移，形成间距约10-20nm的纳米台阶。该形貌直接导致大量低配位、高活性的表面晶格氧位点裸露，显著降低氧空位形成能，诱发晶格氧不可逆释放，并进一步加剧近表面结构重构与界面退化。

进一步研究表明，高电压循环过程中LCO表面原位形成的岩盐相（e-RS）呈现分布不连续、厚度不均一的特征，且常与纳米台阶相伴出现。这种e-RS相不仅难以遏制Co-O层的持续位移及其诱导的纳米台阶形成，反而会在长循环过程中逐渐增厚，最终演化为严重阻碍Li⁺迁移动力学的超厚表面电化学钝化层。基于上述微观机制，团队提出了一种表面工程策略：在LCO表面预构筑致密、连续的岩盐相保护层（p-RS），以稳定表层晶格结构，从根源上抑制Co-O层位移与表面纳米台阶生成，从而减缓表面晶格氧流失及后续结构劣化。电化学性能验证表明，经p-RS改性的RS-LCO在3.0–4.6 V电压区间、1C倍率下循环100圈后，容量保持率高达88.6%，较之未经处理的商业化LCO（仅47.6%）实现了跨越式提升。

图1. 表面结构和理论计算。(a)充电态和(b)放电态LCO，以及(c)充电态和(d)放电态RS-LCO在第10个循环中的HAADF-STEM图像和AI分割的表面结构；(e)(104)晶面、(f)(003)晶面和(g)平台位点在充电态和放电态下OV形成的示意图。(h)三个表面位点的O_V形成能计算。

图2. 循环过程中表面e-RS和p-RS的演变示意图。

相关研究从结构演化角度厘清了高电压LCO表面晶格氧流失的结构起源，提出了通过预制连续、均一的表面岩盐相抑制纳米台阶形成、稳定表面晶格氧的新思路，为高电压层状氧化物正极材料的表面结构设计与稳定化调控提供了新理论依据。

相关研究成果以“Roles of Slab-Gliding-Induced Surface Nano-Steps in High-Voltage Instability of LiCoO₂”为题，发表于国际权威学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。

电子游艺 深圳研究生院电子游艺 潘锋教授、李舜宁研究员、赵庆贺研究员（现福建师范大学副教授），香港理工大学费宾教授为该论文的共同通讯作者，我院博士生赵文光、硕士毕业生李子健（现香港理工大学博士生）为共同第一作者。该研究得到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的支持。

论文链接：//doi.org/10.1021/jacs.5c20351