近日，本课题组和中国科学院物理研究所清洁能源实验室合作，利用共振俄歇光电子能谱（mRAES）和近常压光电子能谱（APXPS）等先进物理技术，研究了LiCoO2模型材料在充放电过程中正极表界面氧电子态的演化，从实验上揭示了正极表面高价氧的衰退机制，相关成果以“Unveiling the High-valence Oxygen Degradation Across the Delithiated Cathode Surface”为题，发表在国际顶刊Angewandte Chemie上。论文第一作者是李庆浩和梁琦（物理学院2021级研究生），李强教授为论文通讯作者，青岛大学为第一通讯单位。
层状氧化物正极基于阴离子氧化还原机制（Anionic Redox Reaction, ARR）可以突破过渡金属能带电荷补偿的容量极限，提供更高的可逆容量。然而，晶格氧2p能带损失电子，除了导致体相晶格结构不稳定外，还会引起一系列表面效应，使材料性能快速衰减。由于正极表面存在复杂的固态电解质界面相（Cathode Electrolyte Interphase, CEI），对材料表面氧电子态的探测极具挑战，表面晶格氧反应与材料衰退之间的关联尚缺乏清晰的物理图像。该工作首次结合mRAS和APXPS光谱研究了模型电极LiCoO2中高价氧引起的界面反应机制。mRAS表明在LCO体相发现的高价氧信号不能在正极表面维持，而是发生径向上的价态衰减；APXPS进一步揭示了正极表面CEI层会被逸出氧或高活性氧氧化，不能形成稳定的表面从而导致材料性能快速衰减。以上结果说明，在正极表面构筑无ARR反应活性或低ARR反应活性的结构是稳定CEI，实现基于ARR反应高容量材料稳定循环的关键。这些发现为高容量氧化物正极材料表面结构设计提供了理论基础。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202215131
