层状过渡金属氧化物（LTMOs）因其较高的理论容量成为颇具吸引力的可充电二次电池正极候选材料。然而，由于不可逆的晶格氧释放和不稳定的正极-电解质界面，LTMOs存在严重的容量衰减、电压衰减以及动力学迟缓等问题。此外，LTMOs在合成过程中会在表面积累如氢氧化物和碳酸盐等表面残余碱，这限制了其实际应用。
在此，温州大学肖遥、朱燕芳、四川大学吴振国等人提出了一种通用策略，可将LTMOs表面的残余碱原位转化为稳定的聚合物包覆层，从而实现变废为宝。聚合物包覆层的形成过程包括用NH₄F处理以消耗残余碱，然后利用生成的氟化物引发四氢呋喃开环聚合。
将该策略应用于富锂锰基正极材料（LRM）时，锂离子电池的电压滞后现象显著减少，同时动力学性能和循环稳定性得到提升。有了这层包覆层，LRM的表面晶格氧释放以及层状-尖晶石相转变得到显著缓解，机械降解和表面副反应也减至最小。这种策略同样适用于钠离子电池中对空气敏感的富钠LTMOs，显示出卓越的通用性。
图1. 机制探究
总之，该工作开发了一种基于NH₄F处理和四氢呋喃开环聚合的简易表面碱转化方法。该策略不仅能够去除表面残余的碱化合物，还能同时形成一层异质外延有机聚合物包覆层。此方法最初以富锂的0.5Li₂MnO₃·0.5LiNi₁/₃Co₁/₃Mn₁/₃O₂（LRM）作为研究模型进行应用，随后进一步拓展至富钠的O3-NaNi₁/₃Fe₁/₃Mn₁/₃O₂（NaNFM），以验证其广泛的适用性。经过这种包覆处理后，LRM展现出更稳定的容量输出，电压滞后和衰减现象均有所缓解。
研究表明，经过处理的LRM在循环过程中的体积变化更小，并且在热处理时能够保持结构稳定，不发生相变。这种具有出色导电性和柔韧性的聚合物包覆层，能够促进界面的电子和离子转移，从而加快锂离子扩散动力学。
此外，该包覆层的有机骨架不含亲水基团，有助于提高材料的空气稳定性。将该策略应用于NaNFM时，展现出类似的性能增强机制，包括减少表面残余碱并形成聚合物包覆层，与未处理的NaNFM相比，整体性能得到了提升。因此，该工作为控制层状氧化物正极材料的表面残余碱以及增强界面稳定性提供了有价值的思路。
图2. 电池性能
Stabilizing Layered Oxide Cathodes Based on Universal Surface Residual Alkali Conversion Chemistry for Rechargeable Secondary Batteries, Advanced Materials 2025 DOI: 10.1002/adma.202417540