郭再萍院士EES：锚定聚阴离子增强高压LiCoO2反应动力学和结构稳定性

将充电电压提高到4.6 V可直接提高锂离子电池用LiCoO₂正极的容量和能量密度。然而，高压LiCoO₂中的有害相演变和不稳定界面等问题会导致电池容量急剧下降。

在此，阿德莱德大学郭再萍团队将聚阴离子PO₄^3-成功锚定在LiCoO₂材料表面，该策略实现了优异的电池性能。具体而言，材料表面的聚阴离子使LiCoO₂表面晶格间距扩大10%进而增强了Li扩散动力学。因此，该电池在20 C(1 C= 274 mA g^-1)下可获得164 mAh g^-1的优异性能。此外，具有高电负性的聚阴离子可以通过减少O2p和Co3d轨道杂化，在高压下稳定表面氧，从而抑制表面Co的迁移和有害的H1-3相的形成。

结果显示，电池在1C下300次循环后的容量保持率为84%。含有改性LiCoO₂和Li金属电极的软包电池在32 mg cm^-2的高负载下可提供513 Wh kg^-1的超高能量密度。

图1. 材料结果分析

总之，该工作将聚阴离子PO₄^3-锚定在LiCoO₂材料表面进而加速了离子扩散。此外，聚阴离子通过降低O2p轨道极大地减轻了高压下的氧氧化，并物理阻碍了Co在表面的迁移，最大限度地减少了氧损失和Co₃O₄相的形成。同时，该策略可以抑制相演化在高电压下形成不良的 H1-3 相，进而助于电池实现优异循环性能。

此外，采用 N@P 和 Li 金属电极的软包电池可以表现出 513 Wh kg^-1的极高能量密度以及较长的循环寿命，展现出巨大的应用潜力。因此，该项工作揭示了一种开发可充电锂离子电池高能量密度和长循环寿命正极的新方法。

图2. 作用机制与电池性能

Enhancing the reaction kinetics and structural stability of high-voltage LiCoO2 via polyanionic species anchoring, Energy & Environmental Science 2024 DOI: 10.1039/d4ee00726c

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