层状钴酸锂（LiCoO₂，LCO）是锂离子电池中最成功的商业正极材料。然而，当电位高于4.35 V(相对于Li/Li⁺)时，其结构不稳定性是阻碍其实现274 mAh g^-1理论容量的主要障碍。尽管已经发现了几种高压LCO（H-LCO）材料并将其商业化，但其稳定性的结构起源仍然难以确定。

有鉴于此，北京大学潘锋教授和Cong Lin，北京大学孙俊良研究员和美国陆军研究实验室许康研究员等人，使用高分辨率透射电子显微镜辅助的三维连续旋转电子衍射方法作为主要表征工具来研究两种商用LCO正极的结构在不同的截止电压下原子水平上的结构差异：正常LCO（N-LCO）和高压LCO（H-LCO）。

本文要点

1）使用结合cRED和HRTEM的表征揭示了两种商业化LCO材料在原子水平上的结构差异。由于电化学性能与具有相同成分和结构的两种LCO材料几乎无关，因此采用了cRED技术进行表征。

2）在表面附近出现的氧化钴层的曲率决定了材料在高电势下的结构稳定性，进而决定了电化学性能。弯曲的LCO层会破坏材料的结构稳定性，从而导致高电压下的电化学性能较差。

3）这种原子层面的理解不仅提供了对LCO正极的理解，而且在更广泛的范围内，还为其他层状氧化物正极（如Li(Ni_xCo_yMn_1-x-y)O₂和Li(Ni_0.8Co_0.15Al_0.05)O₂）建立了精确的结构-性能关系。

总之，在理论计算的基础下，这种对层状LCO材料的结构-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正极材料提供了有用的指导。

参考文献：

Li, J., Lin, C., Weng, M. et al. Structural origin of the high-voltage instability of lithium cobalt oxide. Nat. Nanotechnol. (2021).

DOI: 10.1038/s41565-021-00855-x

https://doi.org/10.1038/s41565-021-00855-x