下一代电池的阴极被压制用于更高的电压操作（≥4.5 V），以实现高容量、长循环性和耐热性。由于高压下的结构和电化学应变，目前的阴极无法满足这些要求，导致容量快速衰减。近日，来自阿贡国家实验室的Khalil Amine和Tongchao Liu等人开发了一种具有从有序到无序框架的相干结构的阴极，具有浓度梯度和可控的镍氧化活性，可以克服现有阴极施加的电压上限。

文章要点：

1) 该研究开发的这种设计能够在4.5V下同时进行高容量和高压操作，而不会出现容量衰减，最高可达4.7V，容量衰减可以忽略不计，且多尺度衍射和成像技术表明，无序表面在电化学和结构上是不可破坏的，可以防止表面寄生反应和相变；

2) 此外，该研究还发现，从有序到无序的结构连贯性限制了晶格参数的变化，减轻了晶格应变，增强了形态完整性，并且双梯度设计还显著提高了热稳定性，推动了高性能阴极材料的进步。

参考资料：

Liu, T., Yu, L., Liu, J. et al. Ultrastable cathodes enabled by compositional and structural dual-gradient design. Nat Energy (2024).

10.1038/s41560-024-01605-8

https://doi.org/10.1038/s41560-024-01605-8