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鋰鈷氧化物（LiCoO₂）在高于4.35V（vs. Li⁺/Li）的電壓下循環時可以獲得誘人的容量，但結構穩定性較差。

中科院化學所姚建年、北京大學深圳研究生院潘鋒、北京交通大學王熙等開發了一種巧妙的Li脫嵌/摻雜策略，以合成具有Ln占據Li位置的鑭系元素摻雜的LiCoO₂（鑭系元素（Ln）=鐠、釹、釤、銪、釓、鉺或镥），并證明了離子半徑如何影響Ln-LCOs的電化學性能。

圖1 Ln-LCOs的結構表征

電化學測試表明，與原始LCO相比，所有Ln-LCOs都顯示出增強的循環穩定性，并且七種Ln-LCOs的循環穩定性在與鑭系元素收縮相同的方向上增強。通過采用各種表征技術和理論計算，作者得出結論，晶格應變是LCO結構穩定性的描述符，而離子半徑是晶格應變變化的引發者。具體而言，Li層中電化學惰性的Ln陽離子可以充當錨定柱，以抑制不可逆相變并增強晶格氧的穩定性。

圖2 Ln-LCOs的電化學性能

然而，大尺寸的Ln陽離子摻雜會導致Ln-LCOs晶格應變的增加，因此摻雜有大尺寸Ln陽離子的Ln-LCOs無法承受由脫出大量鋰離子引起的結構退化。在鑭系元素收縮的方向上，Ln陽離子的半徑逐漸減小，因此Ln-LCOs的電化學性能隨著鑭系元素的收縮而逐漸提高，特別是Lu-LCO，其在所有Ln-LCOs中表現出最佳的電化學性能。因此，作者堅信，精心的結構設計，例如，通過使用這一規則明智地選擇外來離子，結合多種修改策略，可以在實際應用中產生創紀錄的LiCoO₂電池性能。

圖3 原位實驗與改善機制研究

Lanthanide Contraction Builds Better High-Voltage LiCoO2 Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202212869

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