近日，杭电电子信息学院/碳中和新能源研究院严文生&姜茗老师在国际顶刊《EnergyStorageMaterials》上发表高压快充锂电池研究成果。题目为“Mechanically Stabilized Ni-Rich Cathode via Niobium-Integrated Architecture Engineering for High-Voltage Fast-Charging Lithium-Ion Batteries”。《EnergyStorageMaterials》是中科院TOP一区期刊，影响因子20.2。本研究工作通过创新的“铌整合”架构工程结合颗粒细化策略，成功设计并制备出一种机械稳定性显著增强的高镍层状正极材料，为解决高镍材料在高电压下的结构衰退与界面失稳难题提供了有效的多功能协同稳定方案。论文第一作者为姜茗特聘副教授，通讯作者为严文生教授、中科院力学所陈春光研究员。
论文链接（DOI: 10.1016/j.ensm.2025.104829）：https://authors.elsevier.com/c/1mKSh8Z1RY9Z6C
高镍层状正极材料（如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2）是提升锂离子电池能量密度的关键，但在>4.3 V的高电压下，材料面临严重的各向异性晶格应变、微裂纹产生及界面副反应，导致容量快速衰减，限制了其在高压快充场景中的应用。本研究融合了颗粒精细化与表面铌酸锂修饰，构建了一种具有梯度铌分布的“铌整合”表面结构。研究表明，该设计从三个层面协同发挥作用：首先， MS-NCM颗粒表现出更高的杨氏模量与硬度，增强了颗粒的机械性能，有效抑制了深度脱锂时的晶格应变与微裂纹的产生；其次，表面铌掺杂扩大了晶格通道，优化了锂离子扩散动力学行为，使材料能够承受高达20 C的极端快充；最后，改性诱导形成了富含LiF的稳定正极电解质界面膜（CEI），极大抑制了界面阻抗的增长。电化学测试结果显示，MS-NCM在2.8-4.6 V高压条件下循环300次后，容量保持率高达80.4%，且在20C快充下仍展现出优异的耐久性。同步进行的原位电化学分析与热稳定性测试进一步验证了其结构应变与热失控风险的显著降低，这项工作为攻克下一代高能量密度、高功率密度锂离子电池正极材料的关键瓶颈提供了新的解决思路并奠定了理论基础。
