LiNiO₂（LNO）正极因理论比容量高、不含钴元素且成本低廉，被视为实现下一代高比能锂离子电池的重要候选。然而，当充电截止电压超过 4.2 V（vs Li/Li⁺）时，LNO 表面与电解液之间剧烈的副反应、晶格氧流失以及 H2–H3 相变诱发的晶格各向异性收缩会在颗粒内部形成微裂纹，导致活性锂持续耗散、界面阻抗快速上升，容量保持率随循环急剧下降，严重阻碍其实际应用。

原子层沉积（ALD）制备的 AlₓOᵧ 薄膜已被证明可在活性材料表面构建致密屏障，有望阻断电解液侵蚀并减缓氧流失，但目前仍缺乏在接近工业化条件（高负载、软包电池、长循环）下对包覆层“化学保护–结构稳定”双重作用的原位、系统验证，尤其对其是否通过界面调控反向改善体相脱锂动力学的机制仍属空白。

这篇文献由英国华威大学 WMG 电池材料团队牵头，联合英国国家电池研究平台 Faraday Institution、谢菲尔德大学材料系、爱尔兰都柏林大学化学院，以及英国国家同步辐射光源 Diamond Light Source 的科研人员共同完成。整体团队在高镍正极材料、界面涂层、电池工程化（尤其是 pouch cell 构建与测试）及先进同步辐射表征（operando XRD、XAS、表面敏感 XPS/HAXPES）方面具有国际领先优势，属于典型的“材料化学 + 电池工程 + 同步辐射技术”跨领域合作团队，为高镍正极界面机制研究提供了强有力的实验与技术支撑。

本研究通过在实用化高负载（≈2.87 mAh cm⁻²）LNO|| 石墨单层软包电池中引入纳米级 AlₓOᵧ 包覆，结合原位 X 射线衍射（XRD）实时追踪循环过程中的晶格演化，并辅以同步辐射软 X 射线吸收光谱（sXAS）与硬 X 射线光电子能谱（HAXPES）对循环后电极表面化学态进行高灵敏分析。旨在定量评价包覆层对容量保持、极化抑制和界面阻抗的影响，明确 AlₓOᵧ 在 HF 清除、抑制岩盐相重构方面的化学作用，同时揭示其对 H2–H3 相变可逆性及体相脱锂深度的潜在“表面–体”增强效应，为无钴超高镍正极的界面-体协同退化问题提供可扩展、低剂量（仅 2 ALD cycle）的解决方案，并建立“界面稳定性–结构可逆性–电化学性能”之间的直接关联链。

共沉淀-煅烧得到 ~10 µm 多晶 LNO，90:5:5 配浆涂 Al 箔，辊压至 3.0 g cm⁻³，面容量 2.8 mAh cm⁻²。

采用Forge Nano Pandora PALD 旋转反应器，基础压力 1 Torr。LNO 粉先 150 °C 动态真空干燥 24 h 去吸附水；随后在 150 °C 沉积温度下以 TMA-H₂O 为前驱体执行 2 个标准 ALD 循环——每循环依次脉冲 TMA（5 Torr）→ N₂ 吹扫 → H₂O（5 Torr）→ N₂ 吹扫，通过在线 RGA 质谱监测副产物确保饱和吸附。该工艺在单颗粒表面均匀生长 <2 nm 非晶 AlₓOᵧ，厚度由循环数精确控制，保持粉末原有形貌与流动性，适合后续高负载电极制备。

单层 A7 软包（33 cm² 正极，N/P 1.1）注入 1 g 电解液，1.5 V 预浸润后 C/20 化成两道，C/3 CCCV 循环 100 圈（3.0–4.1 V，25 °C）；同步制备 2023 硬币电池（3.0–4.4 V，30 圈）用于加速退化对比。

图1 综合呈现形貌与晶体结构信息：SEM 显示两组粉末均保持约 10 µm 准球形二次颗粒，其尺寸和形貌直接继承自 Ni(OH)₂ 前驱体，未因后续煅烧或 ALD 工序而碎裂或团聚。EDS 面分布和 HAXPES 同时在包覆样表面捕捉到清晰 Al 信号——其中 Al 1s 核心电子结合能位于 1562 eV，与 Al–O 环境吻合——证实纳米级 AlₓOᵧ 已在颗粒最外层均匀沉积。

XRD-Rietveld 精修进一步表明，包覆前后晶格常数a/b、c及晶胞体积几乎不变，且I(003)/I(104) 强度比仍维持 1.39→1.29 的高值，Li层Ni²⁺占位均 < 2%，说明非晶 AlₓOᵧ 并未破坏 R-3m 层状骨架，也为后续电化学对比提供了结构一致、仅表面化学不同的基准材料。

在 2.8 mAh cm⁻² 高负载单层软包内，AlₓOᵧ 包覆 LNO 以 C/3 CCCV 循环 100 圈后仍输出167 mAh g⁻¹，对应容量保持 91.2%，而未包覆组迅速跌至 155 mAh g⁻¹，保持率仅 82.1%。

恒压段电流衰减曲线显示包覆电池顶充电流下降更平缓，表明极化增量被抑制在 ≈ 40 mV，不足未包覆组(≈110 mV)的一半。dQ/dV 中 4.02 V 的 H3→H2 氧化还原对在经历百次循环后峰位漂移 <20 mV、峰面积衰减 <5%，反观裸样峰位下移 80 mV 且峰高锐减，直观说明包覆将高电压两相反应的可逆性提升了一个量级。

Mo Kα 透射原位 XRD 以 15 min/帧 的速率捕捉 003 反射。新鲜电池顶充时，两组均呈现H2→H3 特征性低角峰（8.8°）减弱、高角峰（9.2°）增强的两相共存行为；但经过 100 圈老化，未包覆电池在 4.1 V 恒压末期仍保留显著 H2 组分，Pawley 拟合显示其 c 轴收缩仅 1.8%，脱锂深度 x=0.68。包覆组 H3 峰面积占比 >80%，c 轴收缩达 2.9%，x=0.75，与初始循环几乎一致——相当于每圈额外释放 0.07 Li⁺，累计贡献约 8 mAh g⁻¹ 容量优势，首次直接证实纳米 AlₓOᵧ 通过“界面保护→体相动力学增强”的链条延缓了深度脱锂受阻现象。

加速老化（3.0-4.4 V, 30圈）后，sXAS（TEY~5 nm 检测深度）显示裸样 Ni L-edge  852 eV 处 Ni²⁺ 特征强度提升 30%，且 O K-edge 531 eV 前峰完全消失，对应表面岩盐相NiO 厚度 > 5 nm；包覆样 Ni²⁺ 信号几乎无增，O 前峰保持，表明 AlₓOᵧ 有效阻断晶格氧流失。

HAXPES（6.6 keV, 探测深度 ~ 20 nm）进一步揭示 Al 1s 主峰由 1560 eV 向高结合能展宽，新组分位于 1564-1566 eV，归属为 Al–F/Al–O–F，且强度在首圈充电后即显著，30 圈后仍缓慢增加，证明包覆层持续捕获电解液衍生的 HF 并动态转化为富氟相。同时 O 1s 在 534 eV 出现新峰，归因于富有机 CEI 的 C=O/COOR 物种，其信号随循环增强而晶格氧（529 eV）衰减缓慢，说明 AlₓOᵧ 不仅自身牺牲性 scavenging HF，还诱导形成稳定 CEI ，协同抑制界面副反应与岩盐相形核。

EIS（3.8 V, 25 °C）采用三弧等效电路拟合，100 圈后包覆电池 R₃（电荷转移阻抗）由初始 18 Ω 微增至 26 Ω，而未包覆组由 17 Ω 跃升至44 Ω，增幅高达 27 Ω。R₃ 增量与容量 fade 几乎线性对应，表明 AlₓOᵧ 通过减少表面岩盐相和富有机 CEI 的离子绝缘性，显著降低了电荷转移能垒。中频弧系数（Y₀）变化亦显示包覆组界面电容保持恒定，而未包覆组下降 >40%，进一步佐证包覆层在循环过程中维持了活性/电解质界面的离子通透性。

本研究在接近实用化条件下综合原位衍射与同步辐射光谱证据，首次同时证实由 Forge Nano Pandora PALD 系统 制备的AlₓOᵧ包覆对LiNiO₂ 正极“双重功效”：一方面作为 HF 清除剂动态形成 Al–F 物种，阻断界面副反应；另一方面有效抑制表面岩盐相重构，维持 H2–H3 相变可逆性，从而提升高电压区脱锂深度与循环稳定性。该策略为无钴超高镍正极界面-体协同退化问题提供可扩展、低剂量（仅 2 ALD cycle）解决思路，未来可耦合高电压电解液或梯度掺杂，实现≥300 Wh kg⁻¹ 动力电池长寿命化，并对其他富镍层状氧化物具有普适参考意义。