这个自锂离子电池诞生以来就存在的难题，终于被解决了！

锂离子电池（LIBs）的性能取决于其电极容纳锂离子的能力和可逆性。特别是，阴极在高电位下的结构稳定性是限制其实际功率和能量密度的主要障碍。一个典型的例子是层状钴酸锂（LiCoO₂，LCO），它是20世纪90年代第一个锂离子电池的阴极，由于其易于制备、优良的导电性和高能量密度，在今天仍然具有与其他阴极化学的竞争优势。

然而，当电位高于4.35 V（vs. Li/Li⁺）时，其结构不稳定性阻止了实现其274 mAh/g的理论容量。在高电压下，当大多数嵌入的Li⁺被移除时，层状结构就会崩溃。已经有原位粉末X射线衍射（PXRD）和固态核磁共振（SSNMR）技术证明了这一点。因此，在LCO结构中，只有大约一半的插入Li⁺可以可逆性使用，导致容量为~140 mAh/g。为了使LCO在更高的电压下稳定，人们采用了许多策略，其中的保护处理，如表面掺杂和涂层，在防止阴极/电解液界面恶化方面表现出明显的优势。

北京大学深圳研究生院潘锋教授和林聪（博士后）/北京大学孙俊良研究员/美国陆军实验室许康教授等人在Nature Nanotechnology上发表文章，Structural origin of the high-voltage instability of lithium cobalt oxide，来揭示钴酸锂高压下不稳定的根源，以及为什么最近发展的高压钴酸锂能够耐高压。

一些高压LCO（H-LCO）材料最近已经商业化，比如La，Al掺杂实现了182.4 mAh/g，Mg，Al，Ti掺杂实现了174 mAh/g。然而，这些微量元素在稳定LCO层中的确切结构作用仍然是难以捉摸的。尽管各种原位工具，如PXRD，SSNMR和x射线吸收光谱，已被用于监测它们的结构演变，这些技术提供了微观尺度上的平均结构信息，这不足以辨别高电位下H-LCO层稳定性的确切结构来源。

在透射电子显微镜（TEM）的基础上发展起来的许多新兴技术提供了一种强大的纳米探针。例如，球面像差校正的透射电子显微镜已经被广泛用于提供真实空间中锂离子电池材料的原子信息，但是在倒空间中的三维电子衍射（3D ED）在锂离子电池领域的应用却很少。

该技术提供了两个主要优势：一是快速和自动化的大长度尺度上的结构信息（单晶），这是传统二维选区ED无法获得的；二是比PXRD更容易解释局部结构无序或双晶信息。连续旋转电子衍射（cRED）是一种先进的3D ED技术，它已经证明了它在表征其他纳米材料方面的独特能力，但迄今为止还没有应用于锂离子电池材料。

在这里，作者使用cRED作为主要的表征工具来研究两个商用LCO阴极:一个正常的LCO（N-LCO）和一个耐高压LCO（H-LCO），在不同的截止电压下的结构。作者选择了商用而不是实验室合成的LCOs，以便能够直接将实现的理解与实际应用联系起来。作者研究了这两种材料在高电位下的性能和宏观结构演变，然后结合cRED和高分辨率TEM（HRTEM）图像检查其微观结构。

作者发现，发生在表面附近的钴氧化物层的曲率决定了材料在高电位下的结构稳定性，进而决定了电化学性能。在理论计算的支持下，这种对层状LCO材料结构-性能关系的原子理解为未来设计高电压下具有优越结构稳定性的新型阴极材料提供了有用的指导。