金属所王春阳团队重磅JACS！首次揭示极端高电压（5 V）工况下的钴酸锂失效机制

本文系统研究了钴酸锂(LiCoO2)正极材料在5 V极端高电压下的原子尺度失效机制。背景方面，随着消费电子对高能量密度的需求，将钴酸锂充电电压提升至5 V是释放容量潜力的关键，但深度脱锂导致的结构不稳定性是主要瓶颈。研究目的旨在揭示5 V工况下钴酸锂容量快速衰减的原子尺度结构起源。研究团队利用原子尺度超分辨成像技术发现，深度脱锂激活了两种相互耦合的晶格变形模式：面内剪切导致O3层状晶格重构为O1、反向O3(O3r)和纳米孪晶构成的马赛克结构；面外畸变和晶格弯曲则诱发扭折结构及晶内开裂。循环后，这些体相缺陷与表面氧损失耦合，形成“三明治”式退化表层（外层岩盐相、中间O1碎片、内层岩盐相）。结论指出，5 V失效本质上是变形主导的化学-力学耦合退化过程。基于此，研究提出了Mg/S双掺杂策略，通过“支柱型”掺杂增强骨架抗变形能力并用含硫物种稳定表面氧，显著提升了5 V下的循环稳定性(容量保持率从67.73%升至83.93%)，为高压层状正极设计提供了理论依据。