近日，我室董全峰教授团队在高镍正极界面调控与高比能锂金属电池研究中取得重要进展。相关成果以“‘Spike-Accessed’ Polymer-Based Interphase Engineered Surface-to-Bulk Lattice Stabilization for Ni-Rich Positive Electrodes”为题发表于国际顶尖学术期刊Journal of the American Chemical Society （DOI: 10.1021/jacs.6c15426），并被选为封面文章。

为解决高镍三元正极在高电压、深度脱锂过程中由高活性Ni⁴⁺诱导的界面副反应、晶格氧活化及结构相变等问题，研究团队通过表面化学调控聚合反应的触发机制与形成时序，提出具有端基“刺突接入”（“spike-accessed”）的聚合物界面设计范式，使聚合物界面的生成过程与高电压下正极表面活性物种的演化过程相匹配，利用正极表面残留LiOH诱导饱和环状硅氧烷功能分子原位开环聚合，在正极表面构筑具有亲核氧刺突位点的聚硅氧烷基动态界面。该界面能够选择性识别并动态配位高活性Ni⁴⁺，实现对正极界面电子结构的主动调控，同时抑制电解液分解及缓冲循环过程中的结构应变。

研究团队进一步发现，刺突接入聚合物界面并非局限于正极表面保护，而是能够将界面电子调控作用进一步传递至体相晶格。通过Ni⁴⁺选择性配位，该界面有效调节Ni局域电子结构和氧化态，抑制高电压循环过程中的晶格畸变及结构重构，实现表面至体相晶格协同稳定。基于上述优势，5.6 Ah Li||NCM811软包电池实现491 Wh/kg的能量密度，在N/P比为1.78条件下循环178圈后容量保持率达到85%；进一步构建的7.2 Ah无负极软包电池实现505 Wh/kg的能量密度，并在较低注液量下保持稳定运行，展现出该策略在高比能锂金属电池中的应用潜力。此外，该界面设计还可拓展至其他饱和环状硅氧烷添加剂及超高镍含量的Ni95正极体系，表现出良好的普适性。

该工作建立了“高价Ni⁴⁺选择性识别—界面优先配位—电子结构调控—表面向体相稳定传递”的新型界面调控机制，将传统聚合物界面由被动保护拓展为具有主动化学调控能力的动态界面，并实现了由正极表面稳定向体相晶格稳定的延伸，为高镍正极高电压稳定化及高比能锂金属电池的发展提供了新的界面设计理念和实现途径。

该项工作是在董全峰教授和比利时鲁汶大学Alexandru Vlad教授的共同指导下完成，2022级博士研究生史亚鹏、比利时鲁汶大学林晓东博士和已毕业博士生杨鑫鑫为论文共同第一作者。理论计算工作由袁汝明副教授完成，AFM表征得到了颜佳伟教授课题组的大力支持。该工作得到国家自然科学基金（22672173，22021001）、福建省自然科学基金（2026J001023）以及表界面化学全国重点实验室和嘉庚创新实验室的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c15426