开发高性能无钴高镍锂电池正极材料是实现锂离子电池能量密度提升的关键。然而，高镍正极材料在循环过程中常面临晶体结构退化和表面副反应活性过高等问题，严重制约了其商业化应用。针对这一挑战，研究团队通过联合运用多种先进表征手段，首次系统地揭示了锂占位对高镍正极材料电化学性能的影响机制，并设计出两种具有高循环稳定性的正极材料。

图一无钴高镍正极材料的锂占位调控策略

北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授与德国卡尔斯鲁厄理工学院Helmut Ehrenberg教授和Sylvio Indris研究员研究团队合作采用多种锂敏感表征技术，包括中子衍射和锂同位素固态核磁共振等，深入分析了高镍正极材料中不同锂位的占据情况及其相关结构组分。研究发现，通过引入高价态掺杂元素（如Mo⁶⁺、Nb⁵⁺和W⁶⁺）并调整合成过程中的锂盐用量，可以有效调控材料中不同含锂结构组分的比例，进而优化材料的电化学性能。研究结果显示，随着材料中锂含量的增加，材料中锂/镍交换缺陷逐渐减少，而富锂结构单元（如Li_aXO_b和Li/Mn/X(Ni)有序相，X=Mo, Ni, W）逐渐增加。这两种结构单元通过抑制锂/镍交换和引入额外氧的氧化还原机制，显著提高了高镍正极材料的循环稳定性。该研究成果不仅为深入理解高镍正极材料的锂占位机制提供了新的视角，也为开发高性能无钴高镍正极材料提供了重要的理论指导。相关研究成果以“Tuning Li occupancy and local structures for advanced Co-free Ni-rich positive electrodes”为题，发表于国际知名期刊《Nature Communications》（自然通讯）（DOI: 10.1038/s41467-025-57063-7）。

该工作在北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授，德国卡尔斯鲁厄理工学院Helmut Ehrenberg教授和Sylvio Indris研究员的共同指导下完成，新材料学院中德交流博士后李航为文章的第一作者。本研究工作获得深圳市发展和改革委员会材料基因组大科学设施平台重大科技基础设施项目、广东省基础与应用基础研究基金、广东省软科学研究项目、电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心，以及深圳市科技研发资助项目。

原文链接: https://www.nature.com/articles/s41467-025-57063-7