厦大杨勇AEM: 晶格匹配界面工程实现4.7 V高压稳定的钴酸锂正极！

高压LiCoO₂的利用对于打破锂离子电池实际能量密度的瓶颈至关重要，然而LiCoO₂在> 4.55 V时会遭受严重的结构畸变和界面恶化。

为此，厦门大学杨勇教授等人合理设计了一种新颖的晶格匹配的LiCoPO₄（LCPO）涂层，以实现LiCoO₂（LCO）在4.6 V或更高电压下的正常运行。这种LCPO涂层的制备包括三个步骤：

1）通过球磨将LiH₂PO₄和Co(OH)₂纳米颗粒与平均直径为2~4 um的LCO颗粒均匀混合；

2）将该混合前体在Ar气氛下660 ℃下退火以引发脱水反应获得LiPO₃和CoO混合物；

3）最后在空气中875°C烧结获得LCPO涂层。

选择这种LCPO涂层策略时有以下几个考虑：首先，即使在4.7 V的高电压下，LCPO也是电化学稳定的。其次，不同于大多数传统的涂层方法，熔融的LiPO₃对LCO颗粒表现出良好的润湿性，这将确保LCO上的完整涂层。第三，原位合成过程中的界面化学反应可以为界面键合提供强大的驱动力，有利于共格界面相的形成。

图1. LCO上涂覆的均匀共格LCPO界面相

值得注意的是，第一性原理计算和HAADF-STEM图像首次揭示，由于高度的晶格匹配和与基底的强结合效应，导致设计的LCPO涂层易于沿LCO颗粒的（010）平面生长。这进一步证明了界面处形成的强共价P-O四面体构型有效地缓解了有害的H1-3相，降低了LCO亚表面晶格氧的活性。同时，在重复的深度锂化/脱锂过程中，共格特性使LCPO在LCO表面上具有更可靠的附着力。

因此，氧释放、不可逆相变、电解液分解和颗粒破裂得到了很好的抑制。最终，LCPO-LCO||Li电池在4.6 V下循环300次后表现出87% 的出色容量保持率，并在4.6 V/55 °C或4.7 V/30 °C下仍能稳定运行。总之，这种晶格匹配生长策略为促进高压LCO等正极材料的实际应用提供了一种新途径。

图2. 基于纯LCO和LCPO-LCO电极的电池性能

Pushing Lithium Cobalt Oxides to 4.7 V by Lattice-Matched Interfacial Engineering, Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202200197