山西
近日，厦门大学化学院乔羽教授团队联合宁德时代，在富锂层状氧化物正极高温存储失效机制与调控研究方面取得新进展。团队揭示了氧物种演化与晶界开裂共同驱动的正极退化过程，提出首圈化成电压调控策略，并在60 Ah级电芯中验证了其改善高温存储稳定性的作用。相关成果以“Practical insights into high-temperature storage of lithium-rich layered oxide cathodes”为题发表于National Science Review。
富锂层状氧化物正极可利用氧氧化还原反应提供较高比容量，但面向实际应用，还需解决体积能量密度与长期可靠性问题。工业上常通过大小颗粒复配提高电极堆积效率，其中，大颗粒多晶与小颗粒多晶复配的PP路线具有倍率和成本优势，大颗粒多晶与小颗粒单晶复配的PS路线则具有不同的晶界结构。两条路线循环表现相近，却在高温存储中出现明显差异。因此，厘清工业复配正极的高温失效原因，对优化材料与电芯制造工艺具有重要意义。
研究团队结合软包全电池拆解重组、滴定质谱、同步辐射表征、截面扫描电镜和飞行时间二次离子质谱等方法，系统研究两条路线的容量损失与结构演化。60 ℃存储60天后，PP和PS电芯的容量保持率分别为83.7%和89.3%。将0.15 Ah软包全电池的正、负极分别与锂金属重组后发现，PP负极虽然残留更多锂，但两组负极的可逆容量接近；PP正极则表现出更明显的容量损失，说明高温存储失效主要由正极退化及锂回嵌受阻所主导。
进一步研究表明，高温促进配体到金属电荷转移及预先活化氧物种的演化，加速其与电解液及正极电解质界面膜的副反应，伴随CO2和CO生成、氧损失及局域结构无序。PP路线中丰富的晶界为电解液进入颗粒内部提供通道，界面反应与局部结构变化促进二次晶间开裂，裂纹又暴露更多反应位点，形成持续加剧的退化过程。PS中的单晶填料则有利于限制反应向内部扩展，保持颗粒结构完整性。
基于上述机制，团队提出通过首圈化成电压调控限制初始氧过度活化。60 Ah级电芯测试显示，低电压化成能够减弱氧相关反应特征，并显著放缓后续高温存储中的容量衰减；在持续至350天的60 ℃存储测试中，低电压化成电芯保持了更高的后期放电容量。该研究将富锂正极的氧反应、颗粒结构退化与电芯化成工艺相联系，为兼顾工业复配路线的性能、成本与存储可靠性提供了依据。
我院2023级硕士生张康、2025级博士生李纯朴为论文共同第一作者，厦门大学黄已珍、杨茂林、乔羽和宁德时代沈重亨为通讯作者，厦门大学为论文第一署名单位。该研究得到了国家自然科学基金（92472203、22288102、22021001）的资助，并获得上海同步辐射光源及德国柏林BESSY II光源的支持。
（来源：厦大化院人版权属原作者 谨致谢意）
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