闫鹏飞/隋曼龄AFM：层状正极的循环稳定性与表面息息相关

正极表面的高化学和机械稳定性是实现高性能可充电池的先决条件。表面切面是决定表面稳定性和循环性能的表面特性之一，而其潜在的机制仍然难以理解。

图1 观察不同表面上的降解情况

北京工业大学闫鹏飞、隋曼龄等通过电子显微镜全面研究了掺锌P2层状正极材料的表面退化，并验证了在电化学循环过程中，表面切面对表面稳定性有显著影响。

研究证明，垂直于（002）层平面的表面切面经历了严重的开裂和腐蚀，而其他表面切面（平行于和斜于（002）层平面）在循环过程中要稳定得多。

图2 错位应变引起的层状平面弯曲的几何分析

基于对表面结构和成分变化的原子水平表征，作者发现表面稳定性的差异主要来自于应变释放的几何效应，它可以有效地抑制斜面的表面裂纹。

这样的机械增强作用，再加上过渡金属（TM）凝结产生的化学钝化作用，可以有效地防止表面相变的向内传播，协同导致斜面的高表面稳定性。

这样的表面稳定性增强机制在锂/钠离子电池的O3型层状阴极中得到了进一步验证，表明表面切面控制可以成为优化电池材料性能的一种有前途的策略。

图3 循环诱导的P2层状正极的表面结构演变

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