摘要：层状过渡金属氧化物，也称为NCM（LiNixCoyMn1-x-yO2，其中0 < x, y < 1），是当今高能量锂离子电池（LIBs）的主要正极材料。其中，NCM材料的化学和结构稳定性对电池寿命至关重要。

层状过渡金属氧化物，也称为NCM（LiNixCoyMn1-x-yO2，其中0

在此，美国加州大学圣地亚哥分校陈政、Shyue Ping Ong等人研究了NCM材料在水处理过程中的质子交换行为以及由此产生的组成和结构缺陷。研究发现，质子与NCM颗粒中的Li+在富含H+且缺乏Li+的环境中容易发生交换。随着NCM材料中Ni含量的增加，该种离子交换现象变得更加明显。此外，富Li+溶液可以促进锂化反应并恢复NCM材料中的Li缺陷，同时发生水氧化。

基于此，溶液中H+和Li+的浓度对于在水处理过程中保持结构稳定性至关重要。通过动力学建模、密度泛函理论（DFT）计算和材料表征阐明了Li+/H+交换机制。

图1. 质子诱导的NCM中Li+扩散动力学的退化

总之，该工作强调了在复杂的加工环境中，控制LIBs正极材料的结构和组成缺陷的重要性。研究发现，通过调整溶液中的H+和Li+浓度，可以有效地控制NCM材料中的质子化反应，从而提高其结构稳定性和电化学性能。

此外，使用浓LiOH溶液处理可以有效地抑制质子化行为，并促进Li+在NCM颗粒中的扩散，完成锂化过程。因此，该工作不仅提供了对NCM材料在水性环境中质子化和重新锂化机制的深入理解，而且为LIBs正极材料的合理设计和回收提供了重要的科学依据。

图2. 水热法重新锂化的潜在机制

作者介绍

陈政，加州大学圣地亚哥分校教授。2007年本科毕业于天津大学，2012年博士毕业于加州大学洛杉矶分校，随后在斯坦福大学从事博士后研究（导师：鲍哲南教授，崔屹教授），2016年加入加州大学圣地亚哥分校。

他长期从事储能与催化材料的研究和开发，超低温电池，锂离子电池回收以及电池安全设计，以通讯作者或第一作者身份在Science,Nature Energy, Nature Nanotechnology, Joule, Nature Communications, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Nano Letters 等学术刊物上发表研究论文100余篇，引用1万余次。

文献信息

Proton-exchange induced reactivity in layered oxides for lithium-ion batteries, Nature Communications 2024

来源：华算科技