Nano-Micro LettersHe Zhao, Jiaqi Sun, Razium Ali Soomro, Ning Sun, Song Hong and Bin Xu*
Nano-Micro Letters (2026)18: 433
https://doi.org/10.1007/s40820-026-02276-8
本文亮点
1. 构筑人工CEI：通过热处理，在Li₁.₂Ni₀.₂Mn₀.₆O₂正极表面预构建了厚度约6 nm的富含碳/氟的人工CEI层。该非晶层兼具高电压耐受性和优异界面兼容性，有效抑制了表面起源的副反应与相转变。
2. 提升电极反应可逆性：人工CEI层确保了阴离子氧化还原过程的高度可逆性，大幅提升电极的库仑效率。同时，该人工层促进了界面离子传输动力学，降低了锂离子扩散活化能垒，为快速、稳定的电化学反应提供了有利条件。
富锂层状氧化物(LLOs)正极材料凭借超过250 mAh g⁻¹的可逆比容量，被认为是突破当前锂离子电池能量密度瓶颈最具前景的候选材料之一。目前，研究者们围绕该类材料展开了大量工作：从元素掺杂、表面包覆到晶格重构、缺陷工程，各种改性策略层出不穷。然而，大多数表面工程策略致力于强化正极表面晶格本身，却往往忽略了高电压下正极与有机电解液界面处的复杂交互，而这恰恰是决定LLOs长期运行可靠性的核心问题之一。
LLOs的高容量来源于阴离子和阳离子协同的氧化还原化学，这要求充电截止电压高达约4.8 V，远超常规碳酸酯电解液的氧化稳定窗口。于是，在高电压驱动下，电解液在正极表面持续分解，原位形成阴极电解质界面(CEI)层。然而，这种原位生成的CEI往往疏松、不均匀且化学稳定性不足，无法有效阻挡界面副反应的持续进行，反而可能加剧界面极化和阻抗增长。更严峻的是，一旦表面晶格氧参与氧化还原并释放氧气，氧空位便会从颗粒表面向体相蔓延，触发层状结构向无序相或类尖晶石相的不可逆转变，并伴随过渡金属迁移与溶出，最终导致容量和电压的持续衰减。长期以来，如何突破这一由表面引发，并蔓延至体相的结构退化，在稳定表面晶格的同时实现CEI层的有效调控，是该领域面临的关键科学瓶颈。
针对富锂层状氧化物正极在高电压下表面晶格失氧与界面CEI层恶化的挑战，北京化工大学/延安大学徐斌团队跳出以往致力于强化表面晶格或调控电解液组分的改性框架，在本研究中通过可控热处理，在Li₁.₂Ni₀.₂Mn₀.₆O₂正极表面预构建了一层碳/氟富集的人工CEI层。该策略巧妙地实现了“固表”与“稳界”的协同：在表面晶格侧，非晶态的人工CEI层作为致密的物理屏障，有效阻隔电解液对表面氧晶格的侵蚀，抑制氧空位的生成与向内蔓延，从而延缓层状结构向无序相或尖晶石相的不可逆转变；在界面化学侧，该富氟层凭借其优异的抗氧化稳定性和界面兼容性，避免了高电压下电解液的持续分解与有害沉积物的堆积，同时大幅降低了锂离子穿越界面层的活化能垒。该策略无需复杂的元素掺杂或多步包覆工艺，仅通过简便的热处理即可实现，同步缓解了高电压运行下晶格氧释放、过渡金属溶出与界面极化等核心瓶颈，为设计高比能、长循环的高电压正极材料提供了新的界面工程思路。
图文导读
图1. 人工CEI的结构分析。
图2. 人工CEI的化学组成与界面功能。
图3. 电化学性能测试。
图4. 动力学性能测试与循环后结构表征。
图5. 循环后正极的表面分析。
图6. 循环后正极的硬X射线分析。
与传统上仅致力于元素掺杂或晶格重构等单一改性路径的做法不同，该工作强调了人工界面层在化学组分、结构形态与电化学功能上的协同设计：非晶态富C/F层既可作为致密物理屏障抵御电解液侵蚀，又能凭借其优异的抗氧化稳定性避免高电压下CEI层的持续恶化，而适度厚度的非晶特征则兼顾了锂离子的低活化能传输。在动力学层面，人工CEI层通过降低Li+去溶剂化与穿越界面的活化能垒，使电极在不同荷电状态下均保持较高的扩散系数。
基于该策略构筑的CFₓ-LNM正极，在半电池中实现了300圈90.6%的高容量保持率及显著抑制的电压衰减，并在高温和全电池体系中得到了验证。该工作为高电压正极材料从被动的CEI调控迈向主动的人工界面设计提供了坚实的理论与实验基础，也为下一代高比能锂离子电池的界面工程开辟了新的研究方向。
徐斌
本文通讯作者
北京化工大学/延安大学 教授
二次电池、超级电容器、储能炭材料、二维MXene材料
▍主要研究成果
教授、博导，国家级高层次人才，英国皇家化学会会士。主要从事先进化学电源与能源材料的研究与开发，包括超级电容器、锂/钠/钾离子电池、锂-硫电池、锂-二氧化碳电池、水系锌离子电池电极材料与器件，电化学储能炭材料和二维MXene材料等。在Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Energy Mater., Energy. Environ. Sci.等SCI期刊发表论文200余篇，引用20000次以上。以第一发明人申请国家发明专利50余件，已授权30余件(含国际专利2件)。入选科睿唯安全球高被引科学家、爱思唯尔中国高被引学者。
▍Email：xubin@mail.buct.edu.cn
撰稿：原文作者
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