水系鋰離子電池(ALIB)由于水系電解質(zhì)的高安全性、不可燃性、環(huán)境友好性、高離子遷移率和低成本等優(yōu)點(diǎn)，最近引起了廣泛關(guān)注。O3型層狀正極材料具有高能量密度，其以成功應(yīng)用在有機(jī)電解質(zhì)鋰離子電池中。但是，O3型層狀正極材料在水性電解質(zhì)中的短循環(huán)壽命阻礙了它們?cè)谒凿囯x子電池(ALIB)中的實(shí)際應(yīng)用。

基于此，南京理工大學(xué)夏暉和朱俊武等報(bào)道了不同結(jié)構(gòu)O3-LCO和O2-LCO的層狀鈷酸鋰多晶型物在水性電解質(zhì)中的穩(wěn)定性，并證明了層狀LiCoO₂在水性電解質(zhì)中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性可以通過將氧堆積從O3改變?yōu)镺2來顯著提高。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，O3-LCO表現(xiàn)出快速的容量衰減，這是由于在循環(huán)過程中與Co溶解引發(fā)的顆粒表面即時(shí)層狀到尖晶石相變。相比之下，O2-LCO很好地保持了其層狀結(jié)構(gòu)，在循環(huán)過程中抑制了Co溶解，從而顯著延長(zhǎng)了在水性電解質(zhì)的循環(huán)壽命。

當(dāng)在水性電解質(zhì)中循環(huán)時(shí)，兩種層狀結(jié)構(gòu)都會(huì)發(fā)生質(zhì)子化，并且H-O鍵的形成會(huì)削弱相鄰的Co?O鍵，從而增加結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性，同時(shí)增加Co遷移概率。隨著Co-O鍵長(zhǎng)的縮短，O2-LCO對(duì)親電質(zhì)子攻擊的抵抗力顯著提高，并且在八面體中增強(qiáng)了Co限制能力。

因此通過改變氧的堆積順序，可以設(shè)計(jì)陽(yáng)離子之間的共享面局部配置，以進(jìn)一步阻止Co遷移到Li層，從而有效地抑制層狀到尖晶石的相變，這為設(shè)計(jì)具有高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命的ALIB層狀正極材料提供了指導(dǎo)。

Stabilizing Layered Structure in Aqueous Electrolyte via O₂-Type Oxygen Stacking. Advanced Science, 2022. DOI: 10.1002/advs.202202194