No.1 研究背景

富镍层状氧化物正极（NCM622）具有高比容量与高能量密度，是下一代高比能锂离子电池最具前景的正极材料之一。然而低温环境下（如−20 ℃），正极面临“离子传输慢、界面易腐蚀、结构易开裂”三重挑战：电解液粘度增大导致Li⁺脱溶剂化迟缓；表面残锂（LiOH、Li₂CO₃）加剧HF腐蚀，引发过渡金属溶出与CEI膜增厚；充放电中的各向异性体积变化诱发微裂纹，电解液沿裂纹渗入导致结构崩塌。三者耦合，造成低温下容量快速衰减、循环寿命骤减。

现有改性策略以表面包覆和体相掺杂为主，但惰性包覆层（Al₂O₃、TiO₂、LiF等）离子电导率低（<10⁻⁸ S cm⁻¹），反而抬高界面阻抗；单组分策略难以同时解决界面腐蚀、离子动力学与结构稳定性三大问题。因此，开发兼具高离子电导、界面钝化与结构调控的多功能表面工程策略，是提升富镍正极低温性能的关键研究方向。

No.2 成果简介

近日，团队在富镍正极低温改性研究中取得新进展。研究选用Li₂O、硼酸（H₃BO₃）与Li₂SO₄三种组分，通过简单的湿法混合–煅烧工艺，在NCM622表面构筑连续、致密、超薄（3–4 nm）的LBLS非晶复合包覆层，并利用热处理诱导B³⁺向颗粒次表面梯度掺杂。Li₂SO₄作为快离子导体，构筑低能垒的Li⁺传输通道；H₃BO₃与表面残锂反应生成锂硼酸盐钝化层，抑制HF生成与过渡金属溶出；Li₂O调控包覆层结构并增强附着力；B³⁺梯度掺杂则稳定体相层状结构、抑制有害相变。

得益于离子传输、界面钝化与结构稳定性的协同改善，NCM@LBLS在−20 ℃、2.5–4.5 V条件下表现优异：首圈放电容量达135.02 mAh g⁻¹（裸料120.09 mAh g⁻¹）；0.2C循环500圈后仍保有91.14 mAh g⁻¹，容量保持率高达70.1%，显著优于未包覆NCM622的48.0%；中值电压衰减仅5.5%（裸料13.5%）；首圈产气总量降低91.2%，其中晶格氧释放的O₂减少95.6%。DFT计算进一步揭示：Li₂SO₄面内Li⁺迁移能垒仅0.55 eV（NCM622为1.8 eV），B掺杂将限速的面外迁移能垒从6.28 eV降至3.61 eV，为低温离子快速传输提供了理论支撑。该研究通过“组分协同+结构设计”，为高能量密度锂离子电池的低温应用提供了新思路。

No.3 图文导读

Figure 1. Structural characterization: XRD patterns, Rietveld refinement, SEM, HRTEM images, EDS elemental mapping and HAADF-STEM images of NCM622 and NCM@LBLS.

Figure 2. Electrochemical performance of NCM622 and NCM@LBLS at −20 °C within 2.5–4.5 V.

Figure 3. Synchrotron X-ray absorption spectroscopy characterization of pristine NCM622 and NCM@LBLS cathodes.

Figure 4. XPS, FT-IR, soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS) and operando DEMS characterization.

Figure 5. Post-cycling interfacial characterization of pristine NCM622 and NCM@LBLS cathodes after 300 cycles at −20 °C.

Figure 6. Li⁺ migration pathways and corresponding energy barriers calculated by DFT, and MSD profiles derived from AIMD simulations.

No.4 小结

本研究通过构建LBLS三元复合快离子导体包覆层，实现了富镍正极低温下离子动力学、界面化学与结构稳定性的协同优化。Li₂SO₄的低能垒传输通道、锂硼酸盐钝化层与B³⁺梯度掺杂三者缺一不可，共同构筑了稳定且导离子的界面环境，有效抑制了低温循环中的界面退化与结构破坏。该工作为快离子导体包覆层设计、富镍正极低温改性，乃至更高镍体系（如NCM811）的表面工程提供了可借鉴的思路。

论文信息

论文题目：Li₂O–B₂O₃–Li₂SO₄ Fast-Ion Conducting Coating Enables Stable Low-Temperature Cycling of Ni-Rich NCM622 via Interfacial Degradation Suppression

文献信息：Advanced Functional Materials, 2026, e78497

第一作者：胡广、朱甜甜（共同第一作者）

通讯作者：隋艳伟、肖彬、李燕红

第一署名单位：中国矿业大学

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.78497