摘要：高镍层状氧化物（如LiNiₓCoᵧMnzO₂，x≥0.9）因其高比容量（≥200 mAh/g）和高电压平台（约3.8 V）成为有前景的正极材料。然而，其大规模应用仍面临挑战，如Li⁺/Ni²⁺混排、颗粒微裂纹、结构退化和高表面活性等问题。其中，残余锂化合物（R

高镍层状氧化物（如LiNiₓCoᵧMnzO₂，x≥0.9）因其高比容量（≥200 mAh/g）和高电压平台（约3.8 V）成为有前景的正极材料。然而，其大规模应用仍面临挑战，如Li⁺/Ni²⁺混排、颗粒微裂纹、结构退化和高表面活性等问题。其中，残余锂化合物（RLCs）的积累会加剧电池容量衰减、不可逆相变和安全隐患，限制了高能量密度锂离子电池的发展。

在此，昆明理工大学王丁、段建国、王贤树等人提出了一种分子工程策略，使用2,5-噻吩二基双硼酸（TDBA）作为浆料添加剂，中和残余锂化合物（RLCs）并锚定在单晶LiNi₀.₉₂Co₀.₀₅Mn₀.₀₃O₂（NCM92）正极上。冶金与能源工程学院2023级硕士研究生蒋卫红为论文第一作者。

通过原位电化学反应，形成富含Li₃PO₄、LiF、LiBOₓFᵧ和Li₂SO₄的均匀稳定正极电解质界面（CEI），显著提升锂离子电池（LIBs）的性能和稳定性。TDBA优化的NCM92半电池在1 C下600次循环后容量保持率为83.23%，NCM92‖石墨软包电池在450次循环后容量保持率超过92%。

图1. 材料结构表征

总之，该工作通过使用TDBA分子中和残余锂化合物（RLCs），并在NCM92正极表面形成多组分CEI膜，成功开发出一种极为简便的方法。物理表征和模拟计算结果表明，该方法在NCM92正极表面构建了一层薄且均匀稳定的界面，包含多种无机物质（如Li₃PO₄、LiF、LiBOₓFᵧ、Li₂SO₄等），具备高机械强度和杨氏模量，同时提供高Li⁺扩散性。

基于此，正极材料在充放电过程中的晶格膨胀与收缩、晶格氧逃逸、电解液分解以及结构退化等问题均得到有效缓解，从而显著提升了电化学性能。NCM92-LTDB‖Li电池在1 C倍率下可稳定循环超过600次，室温条件下仅损失17%的容量，并且在10 C的快速充电条件下仍能提供169.9 mAh/g的优异放电容量。

此外，即使在高电压下，经过设计的NCM92-LTDB正极仍能实现改进的循环稳定性和倍率容量，以及在高温或实际软包电池中的良好性能。因此，该工作为高性能锂离子电池的分子工程和界面增强提供了新的视角。

图2. 电池性能

Molecular Engineering of Residual Lithium Compounds for Stable LiNi0.92Co0.05Mn0.03O2 Cathodes, Energy & Environmental Science 2025 DOI: 10.1039/d5ee00282f

王丁，男，工学博士，副教授，昆明理工大学冶金与能源工程学院副院长，云南先进电池材料重点实验室副主任，云南省首批兴滇英才支持计划青年人才，长期从事材料冶金与电池电化学研究工作。

王贤树 昆明理工大学，讲师/特聘教授 锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程实验室核心成员，博士毕业于华南师范大学，曾在清华大学深圳国际研究生院从事博士后研究工作；主持中国博士后科学基金面上项目，云南省基础研究计划青年项目，参与国家自然科学基金面上项目3项；自2013年起从事先进锂离子/金属电池储能材料与器件的研究工作，具体涉及锂离子电池电解液功能组分、锂金属电池电极材料与电解液组分开发或溶剂化结构调控研究，相关成果在《Advanced Materials》、《Nano Micro-Letters》、《Energy Storage Materials》、《Nature Communications》、《Chem》等国际知名期刊发表SCI论文70余篇，总被引超过2700余次，H因子31（WOS数据）。

段建国 教授 博士生导师 云南省“兴滇英才支持计划”入选者，主要研究方向为新能源材料与器件、冶金电池电化学、有色金属资源综合利用等领域。在Energy Storage Materials，Journal of Energy Chemistry，Chemical Engineering Journal等国际期刊上发表SCI学术论文40余篇，并长期作为Advanced Energy Materials, Journal of Energy Chemistry，Journal of Hazardous Materials等国际期刊的审稿人。

来源：MS杨站长