利用杂原子掺杂剂对电极材料进行化学改性是提高二次电池储能性能的关键。不同掺杂剂的电子构型对主体材料之间的化学相互作用以及与主体材料的化学键有显著的影响，但其机理尚不清楚。

近日，中科院化学研究所郭玉国研究员，殷雅侠研究员，辛森研究员报道了对Al/B共掺杂的高镍层状氧化物正极材料进行了模型研究，以了解掺杂原子的电子构型对掺杂-掺杂/掺杂-基质相互作用和电极材料晶格结构的影响。

文章要点

1）作为IIIA族元素，B和Al的价电子数相同，但原子半径不同。因此，B在与晶格氧的成键过程中表现出较高的键能和不同的杂化轨道空间构型。

2）根据DFT计算和结构表征，Al(III)在预掺杂晶格中容易与源化合物分离并在体中扩散，而B(III)的扩散在预掺杂晶格中受阻。通过这种方法，研究人员揭示了改性正极颗粒的竞争掺杂化学，即B在表面的富集和Al在体中的均匀掺杂。

3）对正极材料中掺杂位置和深度的精确控制有助于抑制高电压工作过程中不利的体相变和表面重构，从而可制备出具有稳定循环性能的高能NCM正极。

这项工作为开发高性能的二次电池电极材料提供了一条合理的途径，同时也可以启发新的共掺杂化学的相关研究(例如，掺杂IVA族元素的锗和锡的硅基负极材料)。

参考文献

Yu-Jie Guo, et al, Competitive Doping Chemistry for Nickel-Rich Layered Oxide Cathode Materials, Angew. Chem. Int. Ed. 2022

DOI:  10.1002/anie.202116865

https://doi.org/10.1002/anie.202116865