富鎳層狀LiNi_xCo_yMn_1-x-yO₂（NCM, x ≥ 0.83）具有高比能量和低成本等優勢，因此被認為是一種很有前途的鋰離子電池（LIBs）正極材料。然而，NCM表面從層狀到巖鹽的相變很容易在循環過程中引起Li濃度梯度，這阻礙了鋰離子的擴散，導致內應力逐漸積累并出現微裂紋。

在此，中南大學歐星副教授、范鑫銘聯合北京理工大學陳來研究員及德國電子同步加速器研究所（DESY）Shuailing Ma等人提出了一種精細的表面工程策略，通過Li_1.3In_0.3Ti_1.7(PO₄)₃（LITP）改性來促進單晶LiNi_0.83Co_0.11Mn_0.06O₂（SCNCM）的鋰離子傳輸。值得注意的是，作為快速鋰離子導體，LITP可加速鋰離子擴散同時緩解電極-電解質的副反應。

更重要的是，原位XRD、非原位表征和電化學性能的綜合研究表明，穩定的LITP改性還可抑制表面無序尖晶石/巖鹽相的形成。抑制的Li/TM混合有利于保證鋰離子濃度均勻，使鋰離子從表面到內部的濃度差最小化并減輕界面處誘發應力和晶內裂紋的發生，最終在高截止電壓（>4.3 V）或高溫（45℃）下的長期循環過程中保持高度的結構完整性。

圖1. 潛在反應機制的示意圖

正如預期的那樣，即使在苛刻的測試條件（2.75~4.6 V的電位范圍）下，LITP改性的SCNCM在紐扣型半電池中25°C下循環200次后仍可達196.4 mAh g^-1的高可逆容量，同時對應92.81%的高容量保持率。此外，在45°C的高溫下，基于LITP改性的SCNCM的軟包全電池中在2.75~4.3 V下經過400次循環后仍能提供88%的高容量保持率和約99.95%的出色庫倫效率。進一步，COMSOL模擬結果也表明，LITP改性的SCNCM在200次循環后仍保持相對較高的擴散系數和出色的循環可逆性。

總之，LITP改性設計顯著提高了SCNCM在嚴苛測試條件下運行的電化學性能，同時為實現其實際商業化提供了指導。重要的是，該改性策略也為納米顆粒聚集的二次微球提供了新思路。

圖2. 45°C下電極改性前后的電化學性能比較

Diffusion-induced stress optimization by boosted surface Li-concentration for single-crystal Ni-rich layered cathodes, Materials Today 2022. DOI: 10.1016/j.mattod.2022.10.021