摘要：全固态电池（ASSBs）由高镍层状正极活性材料（CAMs）和硫化物固体电解质组成，是具有高能量密度和安全性的下一代电池的有前途的候选材料。然而，由于正极材料与电解质界面处的表面降解以及正极材料严重的晶格体积变化，导致容量快速衰减，进而引发正极材料内部颗粒隔离和

全固态电池（ASSBs）由高镍层状正极活性材料（CAMs）和硫化物固体电解质组成，是具有高能量密度和安全性的下一代电池的有前途的候选材料。然而，由于正极材料与电解质界面处的表面降解以及正极材料严重的晶格体积变化，导致容量快速衰减，进而引发正极材料内部颗粒隔离和从电解质中的脱离。

在此，韩国汉阳大学Yang-Kook Sun团队量化了高镍LiNiₓCoᵧAl₁₋ₓ₋ᵧO₂复合ASSB正极材料的容量衰减因素与镍含量的关系。研究发现，对于镍含量为80%的正极材料，正极材料与电解质界面处的表面降解是容量衰减的主要原因，而当镍含量增加到85%或更高时，正极材料内部颗粒的隔离以及正极材料从电解质中的脱离则起着重要作用。基于对ASSBs中这些机制的全面理解，通过表面和形貌改性开发出了具有柱状结构的高性能富镍正极材料。

图1. 高镍正极材料在ASSBs中容量衰减机制的定量分析

总之，该工作合成了四种覆盖广泛镍含量范围（80-95%）的CAM：原始Li[NixCoyAl1−x−y]O2 (P-NCA)、硼涂覆CAM（表面改性；S-NCA）、Nb掺杂CAM（形貌改性；M-NCA）和硼涂覆和Nb掺杂CAM（表面和形貌改性；SM-NCA）。

通过比较P-NCA和S-NCA正极来表征CAM-电解质界面处的降解，而通过比较S-NCA和SM-NCA正极来表征CAM内粒子隔离引起的降解。发现CAM-电解质界面处的表面退化是镍含量为80%的CAM容量衰减的主要原因，而当镍含量增加到85%或更多时，CAM内颗粒分离和与电解质的分离起着重要作用。

在全面了解ASSB中这些机制的基础上，通过表面和形貌改性开发了具有柱状结构的高性能富镍CAM，面积容量为7.10 mAh cm-2的SM-Ni90正极在300次循环后保留了其初始容量的80.2%。因此，该工作为全固态电池理想复合正极材料的设计指明了方向。

图2. 全固态电池中复合正极材料容量衰减因素的策略总结

High-energy, long-life Ni-rich cathode materials with columnar structures for all-solid-state batteries, Nature Energy 2025 DOI: 10.1038/s41560-025-01726-8

Yang-Kook Sun 教授 韩国工程院院士，ACS Energy Letter高级编辑，汉阳大学杰出教授。1992年于首尔国立大学获得化学工程博士学位。他曾在三星先进技术研究所担任研究组长，为锂聚合物电池的商业化做出了贡献。研究方向为先进储能和转换材料的设计、合成、结构分析及其二次电池应用，主要成就之一就是提出并发展了多代锂离子电池浓度梯度正极材料，进而推动其在电动汽车商业化进程中的成功应用。Yang-Kook Sun教授在世界各地有多个国际合作项目，拥有341项注册和应用专利，以通讯作者身份在Nature, Nat. Energy, Nat. Mater., Nat. Chem., Chem. Rev., Chem. Soc. Rev., J. Am. Chem Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Energy Environ. Sci. ACS Energy Let., Adv. Energy Mater.等学术刊物上发表700多篇研究论文，被引用近9万余次, H因子154。

来源：MS杨站长