揭示化成电压对富锂层状氧化物正极的影响

本研究背景聚焦于富锂层状氧化物（LRLO）正极材料在高能量密度与结构稳定性之间的平衡问题。工业应用中常采用中等电压窗口（2.5-4.5 V）以提升循环稳定性，但牺牲了容量；而通过提高化成电压（如4.65-4.8 V）可激活阴离子氧化还原反应以增强容量，却导致循环性能快速衰减。研究目的旨在系统揭示高电压化成（HVF）对LRLO正极“容量-稳定性”权衡的调节机制，通过多尺度表征分析其动态结构演变。结论表明，HVF促进锂离子脱嵌，引发过渡金属（TM）层空位增加和面内迁移，驱动O配位环境从O4向O5构型不可逆转变，增强阴离子/阳离子氧化还原活性，使初始容量提升21.6%。然而，HVF加剧的面内迁移进一步恶化了面外迁移，导致层状结构渐进性退化和Li+扩散系数降低，最终使200次循环后容量保持率下降15.8%。该工作明确了HVF下结构退化是容量衰减的主因，为优化LRLO电化学性能提供了机理依据。