采用更高的电压（≥4.6V）是LiCoO2基锂离子电池实现更高能量密度的有效策略。然而，更高的电压通常会导致更严重的表面到本体结构的恶化，从而导致电池性能的快速衰减。
在此，北京理工大学李丽，Dai Zhongsheng等人提出在LiCoO2材料中掺杂微量高价钽和铌策略。研究显示，由于电荷中和效应，掺入的Ta和Nb离子诱导Co价态降低，以相近的离子半径进一步向Li层迁移，从而在LiCoO2表面成功构建了纳米级无序层。
此外，强Ta-O和Nb-O键可抑制高压下的过度氧氧化。基于此，改性正极在100次循环（4.6V）后的容量保持率达到82.1%，并且由改性正极和石墨负极组成的电池在400次循环后的容量保持率达到98%。
总之，该工作利用微量的高价Nb和Ta离子在LCO正极表面成功诱导出了均匀的纳米级无序相。由于自发形成的表面尖晶石相与内部层状结构的晶格不匹配，即使在100次循环后，内部结构也基本保持不变。此外，由TN-LCO正极和商用石墨负极组成的完整电池在1C下循环400次后，容量保持率达到98%。
多尺度的原位/非原位实验表征揭示了材料循环性能和结构稳定性的显著提高，主要表现在以下几个方面：（1）Nb和Ta的掺杂降低了材料的应力，有效地缓解了颗粒粉碎性和微裂纹的产生；（2）Nb/Ta-O的强结合降低了Co-O键的共价，减轻了高荷电状态下O的过度氧化和晶格坍塌；（3）自发形成的无序相可以作为物理屏障减轻副反应来提高界面的稳定性；（4）均匀的表面结构可以减小界面晶格应力，维持结构稳定性。因此，该工作不仅提出了一种可扩展的策略，而且拓宽了实现下一代锂离子电池和其他可充电电池的前景。
Trace high-valence ions induced surface coherent phase stabilized high voltage LiCoO2, Energy Storage Materials 2024 DOI: 10.1016/j.ensm.2024.103950
