锂离子电池(LiB)作为可充电电池，锂离子在阳极与阴极间移动，目前为市场上多数便携式电子设备供电。它具有使用寿命相对较长、重量轻、能量密度与尺寸比例良好等优势。过去几十年，能源工程师一直致力于提升其能量密度和耐用性，以推动智能手机、笔记本电脑、可穿戴设备和电动交通工具等电子产品发展。

提高电池能量密度，设计或增强阴极材料是方法之一。过去研究表明，镍含量高的层状阴极材料可提高锂离子电池最大充电电压，但会降低电池循环稳定性，使电池在反复充放电中性能更快下降。

近日，北京大学、上海交通大学、中国科学院等机构的研究人员设计出稳定层状阴极的有效策略，可提高高能锂离子电池耐久性、减缓衰减时间。相关论文发表在《自然能源》杂志上，该策略是在富镍材料中添加掺杂剂(外来原子)。

廖恒毅、唐玉峰及其同事在论文中指出，用于极端条件的高能量密度锂离子电池，需在超高截止电压和极端温度等恶劣操作条件下保持阴极稳定。对于富镍层状正极，将充电电压从4.3V提升至4.8V(相对于Li + /Li)虽能提高能量密度，但会牺牲循环稳定性且具挑战性。他们报告的掺杂配对方法，在Na +促进下，于LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2中实现高度富集的Ti 4+(约9纳米表面层)，显著提高了高压循环性能，这种高表面Ti 4+浓度在无Na +配对时无法实现，代表层状正极基质中的过饱和形式。

本质上，研究人员提出将钛离子(Ti 4+)与钠离子(Na +)配对，在富镍阴极上形成富含Ti⁴⁺的薄表面层。研究发现，阴极材料表面高Ti⁴⁺浓度可增强材料结构完整性，限制不良副反应导致的材料降解。作者表示，增强的稳定性与结构完整性改善、阴极 - 电解质副反应(如O 2和CO 2释放)减少有关，且即便在4.8V下长时间循环，离子传输也能更好保持。该研究凸显了过饱和高价d 0阳离子Mz + (z ≥ 4)改变阴极 - 电解质相互作用和降解途径的能力。

这项研究为制造兼具高能量和耐用性的锂离子电池提供了新可行途径。其他研究团队可很快采用该策略，测试集成所得正极材料的锂离子电池性能。未来，这种基于掺杂剂配对的新方法有望助力开发下一代锂离子电池，满足电动汽车和电网规模储能等高要求实际应用需求。

更多信息：Hengyi Liao 等，通过过饱和高价态阳离子设计实现 4.8 V 下卓越的层状正极稳定性，《自然能源》 (2025)。