摘要：在全固态电池（ASSBs）中，高镍NCM正极材料因其高容量和高能量密度成为热门选择。然而，这类材料对空气极其敏感，易在表面形成残余锂化合物（Residual Lithium Compounds, RLCs），如Li2CO3。长期以来，Li2CO3常被视为“绝缘
【研究背景】
在全固态电池（ASSBs）中，高镍NCM正极材料因其高容量和高能量密度成为热门选择。然而，这类材料对空气极其敏感，易在表面形成残余锂化合物（Residual Lithium Compounds, RLCs），如Li2CO3。长期以来，Li2CO3常被视为“绝缘层”或副反应源，需通过水洗等手段清除。然而，这种处理往往带来新的问题：结构损伤、界面不稳定性，甚至电化学性能下降。
尽管RLCs在硫化物或石榴石型电解质体系中的作用已有部分研究，但在卤化物或卤氧化物体系中的行为仍未被系统解析。本研究聚焦卤氧化物固态电解质LAOC（AlOCl–2LiCl），意外发现残留的Li2CO3不但无害，反而能显著提升ASSBs的性能。
【工作简介】
宁波东方理工大学孙学良院士、李晓娜副教授、有研（广东）新材料研究院梁剑文研究员联合开展研究，系统揭示了Li2CO3在卤氧化物固态电解质电池中的三重角色：加速层（Acceleration Layer）、缓冲层（Buffer Layer）和阻断层（Blocking Layer）。研究表明，Li2CO3可通过加速Li+交换、改善界面动力学等方式，提升电池容量、倍率性能与循环寿命。相关研究成果以“Revealing the underlying role of Li2CO3 in enhancing performance of oxyhalide-based solid-state batteries”为题发表在国际期刊Advanced Materials上。上海交通大学大学与宁波东方理工大学联合培养博士吴翰、宁波东方理工大学博后屈杰、有研广东院和湖北大学联合培养硕士生晏小龙为本文共同第一作者。
【内容表述】
1. Li2CO3的电化学增强作用
首先，通过组装对比电池（Pristine 与 Water-washed NCM），作者发现：LAOC体系中，保留Li2CO3的电池在多个倍率下均表现出更高容量，在0.5 C下达到190.2 mAh g-1，明显高于清洗样品（仅121.2 mAh g-1），且在1000次循环后容量保持率仍达84.6%；LPSC体系中，Pristine样品在50圈后仍维持高容量，而Washed样品性能迅速衰退，说明Li2CO3形成的缓冲层有助于稳定界面；LiC体系中，情况逆转，Washed样品性能更佳，说明Li2CO3在此体系中会阻碍Li+迁移，增加界面阻抗。进而得出结论：Li2CO3的作用是“体系相关”的，不能一刀切。
2. DRT分布松弛谱：深入拆解界面阻抗来源
作者使用电化学阻抗谱（EIS）结合DRT方法，精确分辨出五类界面阻抗成分（P1–P5），并在不同体系和循环阶段下持续监测变化：LAOC体系：各阻抗成分峰值变化较小，说明界面结构高度稳定；LPSC体系：Pristine样品CEI阻抗峰保持稳定，而Washed样品P4峰升高，显示界面结构恶化；LIC体系：Pristine样品P5（电荷转移阻抗）大幅增加，阻碍Li+迁移，印证其“阻断层”角色。DRT分析不仅验证了性能测试结论，还为理解“Li2CO3影响路径”提供量化依据。
3. ssNMR固态核磁共振：揭示Li+交换路径拓展机制
此外，通过2D 7Li EXSY交换核磁共振技术，作者对Li+迁移路径进行原子级追踪，发现：纯LAOC体系中，仅在Li1（晶相）与Li2（非晶相）之间有弱交换；添加拓展验证：在其他卤化物电解质中同样成立后，新形成Li6（由拓展验证：在其他卤化物电解质中同样成立诱导的非晶位点），Li+能在多个非晶态之间高速迁移；Li+交换速率大幅提升，迁移路径增加，离子电导率增强。这是首次以实验证据证明拓展验证：在其他卤化物电解质中同样成立可诱导非晶结构并促进Li+迁移通道构建。
4. Li2CO3拓展至其他卤化物体系验证适应性
研究进一步在LiTaOCl4（LTOC）、Li1.75Zr0.5Cl4.75（LZOC）与Li2+xYxZr1-xCl6（LYZC）三种电解质体系中开展对比验证：在三者中，Pristine电池均优于Washed电池；特别在LYZC体系中，水洗样品在100圈内容量大幅衰退，而未洗样品长期稳定。说明Li2CO3在大部分卤化物类SSE体系中均可构建稳定、连续的界面通道，其正面作用具有普遍性。
【核心结论】
该研究首次系统厘清Li2CO3的“功能化”路径：重新定义RLCs：从“必须去除的副产物”转变为“可调控的界面结构因子”；提供调控新思路：可通过调控Li2CO3含量，引导非晶结构形成，提升固态电解质界面动力学；构建体系适应性模型：明确Li2CO3在不同SSE体系中的“加速–缓冲–阻断”三态行为。这项成果为界面工程、功能性杂质调控和固态电池工业化进程提供了理论基础和实验依据。
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来源：澎湃新闻客户端