近期，物理與電子學院白瑩團隊在鋰離子電池高容量正極材料界面調控領域取得新進展，相關成果以“In-situ Construction of Gradient Oxygen Release Buffer and Interface Cation Self-Accelerator Stabilizing High-Voltage Ni-rich Cathode”為題發表于自然指數期刊、國際頂級期刊Advanced Functional Materials（影響因子：19.924)。
鋰離子電池高鎳三元（NCM）正極材料由于高的比能量而備受關注。然而，在循環過程中，嚴重的氧析出不可避免地造成了熱安全問題，另外材料劇烈的體積變化引起了應力的產生和積聚，導致高鎳材料二次顆粒沿晶界處產生裂紋，進而誘發電解液的滲入并與內部晶格發生副反應，最終致使電池循環性能快速衰退。白瑩教授課題組采用簡單的原位構筑方案，將與氧具有高結合能的硼離子梯度摻雜進入高鎳材料一次顆粒晶格中，并在二次顆粒表面構筑具有壓電特性的四硼酸鋰包覆層，將內部NCM的應力原位轉化為周期性變化的界面局域電場，協同參與調控電極-電解質界面處Li+的輸運行為。該研究還采用多尺度的原位/非原位實驗表征結合理論計算以及有限元分析證實了這種原位構筑的氧釋放緩沖層和界面離子輸運調控層可以有效提升高鎳正極材料的結構穩定性和電化學性能。該工作為提升鋰離子電池熱安全性能和改善固液界面性能提供了新的研究思路和技術手段。
河南大學物理與電子學院和河南大學交叉學科高等研究院為該論文第一署名單位，2019級碩士研究生代中盛為第一作者，趙慧玲博士、白瑩教授為共同通訊作者。中山大學盧俠教授、河南大學趙勇教授、英國倫敦大學學院何冠杰博士在理論計算和實驗測試等方面給予了支持和幫助。該研究工作受到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、河南省中原英才計劃、河南省高等學校學科創新引智基地、河南省高校科技創新團隊支持計劃、河南大學杰出青年科研人才培育基金等經費的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202206428
面向下一代新型高性能二次離子電池的研究和應用，白瑩教授團隊長期致力于二次電池關鍵材料研究及多功能界面的構筑，為下一代二次電池的發展提供新策略與新方案（Advanced Functional Materials, 2022, 2206428;Energy Storage Materials, 2022, 50, 407;Advanced Science, 2022, 2200622;Nano Energy, 2021, 83, 105775;Advanced Science, 2020, 7, 1902538）。
