三院院士孙学良院士领衔！中南大学段惠/王接喜联手，最新Angew！

多晶富锂氧化物（PLRO）是下一代全固态电池（ASSBs）中一种极具潜力的高容量正极材料。

然而，其全部潜力受到初级颗粒间边界处锂离子（Li⁺）传输缓慢的限制，这主要是由于无机固态电解质（SEs）的流动性有限。

此外，将传统SEs浸入PLRO中可能会导致严重的界面副反应，因为它们的熔点较高。

2025年6月18日，中南大学段惠、王接喜、宁波东方理工大学（暂名）孙学良在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Enhancing Ion Transport at Primary Interparticle Boundaries of Polycrystalline Lithium-Rich Oxide in All-Solid-State Batteries》的研究论文，Lin Yuan为论文第一作者，段惠、王接喜、孙学良为论文共同通讯作者。

在本文中，作者报道了一种一步法、低温（）共烧结工艺，该工艺同时合成了SE并将其浸入PLRO的初级颗粒间边界，从而为ASSBs制备出一种集成复合正极。

这一过程形成了连续的锂离子传输网络，实现了PLRO的深度体相激活。同时，共烧结工艺调节了表面处反键过渡金属3d-O 2p和非键O 2p的能带，实现了更大的轨道重叠，从而抑制了氧气释放并减轻了界面相变。

因此，基于PLRO的ASSBs展现出令人印象深刻的放电容量：在0.1C下为271mAh g^-1，在0.5C下为212mAh g^-1，并且在150个循环后仍能保持80.0%的容量。

本研究强调了增强离子传输对于最大化PLRO基ASSBs性能的重要性，并为推进能源存储技术提供了一种实用的解决方案。

图1：复合正极的制备示意图。a) 通过机械混合方法制备的复合正极示意图。b) 通过共烧结工艺制备的LAOC-PLRO集成颗粒复合正极示意图（黄色：固态电解质LAOC，蓝色：PLRO颗粒，黑色：碳）。

图2：材料表征。a) IF-PLRO和MX-PLRO的XRD图谱，部分放大显示Li₂MnO₃的衍射峰。b) 纯PLRO的SEM图像。c) IF-PLRO中LAOC-PLRO集成颗粒的SEM图像。d) LAOC-PLRO集成颗粒的HRTEM图像及对应的FFT图案。e) LAOC-PLRO集成颗粒的截面SEM图像。f) LAOC-PLRO集成颗粒的EDS元素分布图。g,h) 压制成型后的IF-PLRO和MX-PLRO的SEM图像及EDS元素分布图。

图3：激活行为与锂离子传输动力学。a) IF-PLRO和MX-PLRO在0.1C下的初始充放电曲线。b) 对应的dQ_m/dV曲线。c) 在完全充电的IF-PLRO和MX-PLRO中，从表面到体相的O^n-比例随刻蚀时间的变化（XPS分析）。d) 初始充电过程中D_Li⁺与充电状态（SOC）的关系。e,f) 初始充电过程中的DRT分析：e) IF-PLRO，f) MX-PLRO。g) IF-PLRO和MX-PLRO的倍率性能。h) IF-PLRO中LAOC-PLRO集成颗粒在完全充电状态下的STEM图像和EELS线扫描路径。i) IF-PLRO从颗粒表面到体相的EELS Li K边谱，右侧图为59–63 eV范围内的积分强度随深度的变化。j) MX-PLRO中次级颗粒在完全充电状态下的STEM图像和EELS线扫描路径。k) MX-PLRO从颗粒表面到体相的EELS Li K边谱，右侧图为59–63 eV范围内的积分强度随深度的变化。

图4：界面稳定性和阴离子氧化还原可逆性。a) IF-PLRO和MX-PLRO在0.5C下的循环性能。b,c) 循环后的IF-PLRO和MX-PLRO的抛光截面SEM图像。d,e) 循环后的IF-PLRO和MX-PLRO的HRTEM图像及对应的FFT图案。f,h) 纯PLRO和IF-PLRO（Al/Cl共掺杂PLRO）的O 2p态和TM 3d态的PDOS和COHP分析。g,i) 纯PLRO和IF-PLRO对应的能级结构图。

综上，本文报道了一种一步法、低温（）共烧结工艺，用于合成固态电解质（LAOC）并将其渗透到多晶富锂氧化物（PLRO）的初级颗粒间边界，从而制造出用于全固态电池（ASSBs）的集成复合正极材料。

该研究成功实现了PLRO的深度体相激活，显著提高了离子传输效率，并通过调节界面能带结构抑制了氧气释放和界面相变。基于此复合正极的ASSBs展现出271mAh g^-1的高放电容量和优异的循环稳定性（150次循环后容量保持率80.0%）。这一成果不仅为PLRO在ASSBs中的应用提供了新的思路，还为开发高性能、高能量密度的下一代全固态电池提供了重要的技术支撑，有望推动其在电动汽车和便携式电子设备等领域的广泛应用。

Enhancing Ion Transport at Primary Interparticle Boundaries of Polycrystalline Lithium-Rich Oxide in All-Solid-State Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2025. https://doi.org/10.1002/anie.202508605