周敏、杨勇、郑建明教授、吕海峰副研究员，Angew：双位点“榫卯”锚定诱导稳定界面，协同稳定高电压LiCoO2正极表面Co与O

第一作者：张静、刘雨淳、朱卫多

通讯作者：吕海峰*、杨勇*、郑建明*、周敏*

单位：中国科学技术大学、厦门大学、合肥工业大学

钴酸锂（LiCoO2，LCO）兼具高压实密度、成熟制造工艺和稳定供应链，是消费电子电池中最具代表性的层状正极。提高充电截止电压可以直接释放其尚未利用的容量，但当电压超过4.6 V后，深度脱锂会引起表面晶格氧释放、钴离子溶出、电解液氧化及不可逆相变，最终造成颗粒开裂和容量快速衰减。

值得注意的是，Co溶出与晶格O损失并非两个孤立过程，而是相互耦合：任一位点失稳都可能触发另一位点进一步破坏。传统添加剂通常只针对金属阳离子或晶格氧中的单一位点进行吸附或成膜，因此难以在超高电压下提供持续保护。如何同时锁定表面Co和O，并将随机电解液分解转变为可控界面组装，是高电压LCO进一步提升能量密度的关键。

近日，中国科学技术大学周敏教授团队联合厦门大学杨勇教授、郑建明教授以及中国科学技术大学吕海峰副研究员、武晓君教授等，在《Angewandte Chemie International Edition》发表题为“Anchoring-Induced Interphase via Dual Mortise–Tenon Interactions for Synergistic Stabilization of Surface Co and O in High-Voltage LiCoO2 Cathodes”的研究论文。

该工作借鉴传统榫卯结构，提出面向LCO表面Co/O耦合失稳的“双位点锚定”策略。研究团队将分子空间匹配与电子结构亲和性结合，建立双参数添加剂筛选模型，从11种候选分子中筛选出苯甲基磺酰氟（PMSF）。PMSF在Co/O活性位点优先吸附并牺牲氧化，诱导形成超薄、均匀、机械稳定且有利于Li⁺传输的正极电解质界面膜（CEI）。仅添加0.3 wt% PMSF，1 Ah石墨||LCO软包电池在4.6 V下循环600次后仍保持79.6%的容量。

该研究首先重新界定了高电压LCO的界面问题：真正需要解决的并不是单一的Co溶出或晶格O释放，而是二者相互促进形成的耦合失效。因此，作者不再以“覆盖表面”作为唯一目标，而是将添加剂分子设计为可同时识别并结合Co和O位点的界面模板。

LCO（104）表面具有交替分布的正、负电势区域，Co-O间距约为1.92 Å，为分子双位点匹配提供了明确的几何标尺。与传统单官能团添加剂相比，双位点锚定能够降低局部保护不完整导致的“薄弱区”，从概念上更契合高电压层状正极的耦合失稳机制。 

这项工作的核心价值并不只是发现了一种性能较好的添加剂，而是将高电压电解液添加剂设计从经验性的“寻找易成膜分子”，推进到面向特定晶格位点的理性设计。几何匹配、静电势、吸附能和轨道耦合共同构成了较完整的筛选逻辑；理论计算、位点阻断实验、原位气体分析、界面结构表征及软包电池测试则形成了从分子作用到器件性能的证据链。

从材料设计角度看，该策略为处理“多位点耦合失稳”提供了可推广思路：界面分子既要与目标位点形成足够强的选择性作用，又要能够以可控方式转化为离子可传导的保护层。未来仍需进一步考察不同晶面及动态重构表面上的适用性，以及在高面载量、贫电解液、快充和高温储存等工业条件下的长期稳定性。同时，将该双参数描述符扩展到更多正极材料并结合高通量计算，有望形成面向高电压电池界面的添加剂数据库和通用设计平台。

Anchoring-Induced Interphase via Dual Mortise-Tenon Interactions for Synergistic Stabilization of Surface Co and O in High-Voltage LiCoO2 Cathodes

周敏，中国科学技术大学教授，博士生导师，国家创新人才引进计划青年项目入选者，长期从事非晶态材料的合成与应用研究，在结构单元的设计、基元的原位演化等方面开展了深入系统的研究，实现多类新材料创制，在离子、电子、声子等输运及其在金属离子电池、金属CO2电池的关键材料设计和应用等方向开展了一系列研究工作。迄今在Nat. Comm.、Sci. Adv.、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc、 Adv. Mater.等国际期刊上发表论文100余篇。目前担任J. Semi.，Smart Mater.等杂志编委/青年编委，主持国家重点研发计划课题，国家自然科学基金等多项项目。

杨勇，厦门大学化学化工学院南强特聘教授，美国电化学学会会士，长期从事能源电化学尤其是锂/钠离子电池正极材料、固态电解质、功能电解液及电池材料的原位谱学表征技术等研究。曾荣获第八届“福建省优秀科技工作者”（2023），美国电化学会电池分会技术奖（2020），中国电化学贡献奖（2017），国际电池材料协会（IBA）技术成就奖获得者（2014），国家杰出青年科学基金获得者（1999），人事部“新世纪百千万人才工程”国家级人选（2004），获国务院政府特殊津贴（2006）。现担任国际知名电池杂志Journal of Power Sources（IF=9.63）主编，国际电池材料学会（IBA）主席，国际锂电池会议（IMLB）顾问执委等学术兼职。主编出版中英文专著2部，已在国内外学术期刊发表论文400余篇，已授权或申请中的发明专利40余项，培养毕业博士后、博士及硕士研究生等100余人。

郑建明，厦门大学教授、博士生导师（2020-2021），享受国务院特殊津贴专家，福建省“百人计划”创业创新人才（2020），厦门市“双百计划”创新团队负责人（2024）。主要从事锂（钠）离子电池电极材料设计、结构/界面工程调控及界面反应机制研究。多次入选全球前2%顶尖科学家榜单、全球高被引科学家榜单；迄今在Nat. Energy, Nat. Nano, Joule, Chem, Adv. Mater.等国际知名学术期刊合作发表论文200余篇；根据google学术查询结果论文总引用35400余次, H-因子91；合作申请专利中已获授权发明专利100余项。

吕海峰，中国科学技术大学副研究员，长期从事材料结构和物性理论研究，迄今在Nat. Chem.、Nat. Phys.、PNAS、Angew. Chem. Int. Ed.、J. Am. Chem. Soc、 Adv. Mater.等国际期刊上发表论文50余篇。

张静于2022年获厦门大学能源化学专业理学学士学位，目前就读于中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心，在周敏教授的指导下从事先进储能材料与界面机制研究，聚焦高电压钴酸锂界面稳定、金属气体电池电极结构设计及原位多模态表征。以第一作者在Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.等期刊发表10余篇学术论文，并参与多项电池测试装置及界面调控相关发明专利。

课题组专注于非晶态材料，特别是二维非晶材料的相关研究，基于材料几何学和结构解析，深入理解材料对离子、电子、声子等输运能力，构筑具有能源储存潜力的功能材料。主要的兴趣包括：1. 非晶材料的可控合成；2.结构分析方法；3. 金属-二氧化碳电池；4. 离子电池借助功能材料结构基元的空间序构，利用无机固体中丰富的几何无序与化学无序，在结构单元的设计、序构引发的基元协同关联、基元的原位演化等方面开展了深入系统的研究，实现了材料对光、电的智能调制。