正極表面的高化學和機械穩(wěn)定性是實現(xiàn)高性能可充電池的先決條件。表面切面是決定表面穩(wěn)定性和循環(huán)性能的表面特性之一，而其潛在的機制仍然難以理解。

圖1 觀察不同表面上的降解情況

北京工業(yè)大學閆鵬飛、隋曼齡等通過電子顯微鏡全面研究了摻鋅P2層狀正極材料的表面退化，并驗證了在電化學循環(huán)過程中，表面切面對表面穩(wěn)定性有顯著影響。

研究證明，垂直于（002）層平面的表面切面經(jīng)歷了嚴重的開裂和腐蝕，而其他表面切面（平行于和斜于（002）層平面）在循環(huán)過程中要穩(wěn)定得多。

圖2 錯位應變引起的層狀平面彎曲的幾何分析

基于對表面結(jié)構(gòu)和成分變化的原子水平表征，作者發(fā)現(xiàn)表面穩(wěn)定性的差異主要來自于應變釋放的幾何效應，它可以有效地抑制斜面的表面裂紋。

這樣的機械增強作用，再加上過渡金屬（TM）凝結(jié)產(chǎn)生的化學鈍化作用，可以有效地防止表面相變的向內(nèi)傳播，協(xié)同導致斜面的高表面穩(wěn)定性。

這樣的表面穩(wěn)定性增強機制在鋰/鈉離子電池的O3型層狀陰極中得到了進一步驗證，表明表面切面控制可以成為優(yōu)化電池材料性能的一種有前途的策略。

圖3 循環(huán)誘導的P2層狀正極的表面結(jié)構(gòu)演變

Surface Facet Dependent Cycling Stability of Layered Cathodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202302023