钴酸锂是今朝消费类锂离子电池中运用最广泛、最成熟的正极质料。当前贸易化钴酸锂充电电压遍及为4.4V摆布，若将事情电压晋升至5V，质料有用储能可晋升近50%，可有用满意智能手机、条记本电脑、智能穿着装备和无人机等电子产物对于长续航、高容量的火急需求。但超高电压会猛烈加重钴酸锂布局劣化，致使机能快速衰减，其掉效机制尚缺少科学注释，是今朝制约高比能电池技能迭代的焦点科学问题。

近日，中国科学院金属研究所王春阳研究员团队借助原子级超分辩透射电子显微成像技能，给电池质料拍下一张张“逐原子特写”，初次捕获到钴酸锂正极于5V极度高电压下的“内伤”全历程。这一发明冲破了通例工况下传统电池掉效理论，为研发长命命、高电压电池正极质料奠基了理论基础，相干结果发表于《美国化学会志》上。传统上，科研职员将钴酸锂高压掉效归因在外貌氧流掉以和与之相干的传统布局相变，等同在将质料退化视作“表层晒伤”。

依托原子分辩率透射电子显微镜这一“超等放年夜镜”，王春阳团队对于5V高压充电历程中的钴酸锂质料开展了邃密的原子标准诊断。研究注解，极度高电压下的正极掉效并不是仅是外貌氧流掉及传统相变，质料内部应力诱发的晶格变形毁伤才是焦点。

详细而言，深度脱锂孕育发生的巨年夜电化学应力，会驱动原本规整有序的层状晶格发生剪切滑移，犹如整洁摆列的扑克牌被横向推散重构，终极形成“纳米马赛克”布局。此时，晶格弯曲、扭折等多重变形同步孕育发生，诱发年夜量纳米级微裂纹。更致命的是，于电池轮回历程中，晶格变形与外貌掉氧耦合发生，于质料外貌形成为了此前从未被发明的多层“夹心式”退化布局，既拦阻锂离子传输，又加重应力集中，从而形成质料退化的恶性轮回链。

基在这一全新机理认知，团队提出“力学+化学”左右开弓的协同优化新思绪。于体相引入镁离子掺杂，为晶体骨架加装刚性支撑，有用晋升晶格抗变形能力；于外貌引入含硫润色层，安定质料外貌的氧骨架。成果注解，于5V高压轮回10圈后，平凡商用钴酸锂容量连结率仅为67.73%，而改性质料的容量连结率晋升至83.93%，马赛克相变、堆垛缺陷和微裂纹等被显著按捺，充实验证了力学—化学协同调控计谋对于冲破高压电池机能瓶颈的有用性。

该研究初次从原子标准展现了极度高电压工况下钴酸锂的布局掉效发源，拓展了层状正极质料的掉效理论，为下一代高比能层状氧化物正极质料的布局设计及机能优化提供了新的理论依据及技能方案。