硫化物全固态电池有望同时解决目前商业锂离子电池存在的能量密度低以及安全性问题，其关键在于高性能固体电解质和匹配的正负极材料开发。在目前发展的聚合物、氧化物、硫化物、卤化物固体电解质中，硫化物固体电解质（SSE）因其超高的室温离子电导率而引起了学术界和工业界的极大关注。对于SSE全固态电池，目前需要解决的问题之一是SSE与高电压正极材料（如富镍三元正极材料NCM811）之间的界面兼容性。通过在正极活性材料（CAM）上构建人工涂层来稳定正极界面是一种有效策略。这类涂层必须表现出良好的电化学稳定性、高离子电导率（σᵢ）以实现快速的Li⁺传输、低电子电导率（σₑ）以防止SSE分解，并且必须足够薄（约5 nm）以避免增加电池电阻。在开发的众多涂层材料中，硼酸锂因其低成本的前驱体、可规模化的制备工艺以及提升正极活性材料电化学性能的能力而引起了研究兴趣。然而，它们相对较低σᵢ仍然是一个限制因素。

最近，上海交通大学化学化工学院、张江高等研究院合成科学创新研究中心庄小东团队，通过简单、低成本的干法包覆技术，制备了超薄导电二元硼酸锂玻璃涂层包覆的NCM811正极材料并将其应用于硫化物全固态电池（图1）。

该包覆正极在20 mA g⁻¹的电流密度下可提供209 mAh g⁻¹的比容量，初始库仑效率为79.7%；在200 mA g⁻¹的电流密度下循环1000次后容量保持率达87.8%，并实现了14.6 mAh cm⁻²的面容量。采用该正极的软包电池达到了383 Wh kg⁻¹的比能量，并在66.67 mA g⁻¹的电流密度下稳定循环300次。多种表征结果表明，该涂层可增强锂离子传输、稳定正极晶格结构，并强化正极与硫化物电解质之间的界面。

图1解构了包覆涂层的化学成分为二元硼酸锂玻璃（0.5Li₂O·0.5B₂O₃），且其厚度约为3 nm。包覆过程并未改变NCM811材料本身的微观结构。在硫化物全固态电池中，该包覆正极表现出超高的比容量（0.1C下209 mAh g⁻¹）、长循环稳定性（1C下循环1000圈容量剩余率88%）、以及高面容量（14.6 mAh cm⁻²），超过了未包覆NCM811材料以及其他报道的包覆三元正极材料（图2）。通过对包覆正极材料的本征电化学性质研究发现，其具有高离子电导率（8.91 mS cm⁻¹）、低电子电导率（5.36◊10⁻⁷ S cm⁻¹），从而能够促进Li⁺传输并抑制SSE分解（图3）。通过对全电池首次充放电过程的原位EIS、Raman、以及非原位的TEM、EELS、XPS等表征证明了涂层在电池首次充放电过程中，能有效稳定界面，减缓阻抗增长，并抑制固态电解质LPSC的分解（图4）。而对于长循环后正极材料的形貌和结构表征则表明了经过1000次循环后，涂层能引导形成稳定、致密的CEI层，并保持NCM体相结构的完整性（图5）。最后，作者组装了全固态软包电池，实现了383 Wh kg⁻¹的高重量能量密度，这是一个非常具有竞争力的实用化指标。循环性能表明在接近实际的测试条件下（环境温度、66.67 mA g⁻¹），电池可以稳定运行超过300周，容量保持率超过80%，证明了该技术在非理想条件下的稳健性（图6）。

目前该工作以“Conductive binary Li borate glass coating for improved Ni-rich positive electrode in sulfide-based all-solid-state Li batteries”为题在线发表在《自然通讯》（Nat. Commun. 2025, 16 (1), 9462. DOI: 10.1038/s41467-025-64532-6）上。该论文的第一作者为硕士研究生罗佳瑶（郑州大学联合培养）、郭邦军；通讯作者庄小东、朱金辉。该项工作得到了国家基金委经费资助。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-64532-6

图1 | NCM@LOBO的制备与表征。a 制备流程：（i）Li₂O、B₂O₃与NCM的干法混合；（ii）在空气中600°C煅烧10小时。b Li 1s和c B 1s在表面（0 nm）和亚表面（5 nm）深度处的XPS谱图。d 截面SEM图像。e HRTEM图像。f, g 图e中区域①和②的HAADF-STEM图像，显示非晶LOBO层和完整的NCM结构。h 元素分布图，突出显示B元素的分布。

图2 | NCM@LOBO和b-NCM正极活性材料的电化学性能。a 在20 mA g⁻¹电流密度下的电压曲线，b 循环稳定性，c 倍率性能，d 在200 mA g⁻¹电流密度下的电压曲线，以及e 长期稳定性。f 最大面容量，以及g 在最大面容量下的稳定性。h 最大面容量比较，同时包括其他已报道的正极活性材料，如NMC111@LLSTO、NCM85@ZrO₂、NCM811@LiNbO₃、NCM712+离聚物、NCM622@LiNbO₃、NCM622@Li₃N、B包覆/掺杂NCM90以及NCM811+2% PTFE。

图3 | NCM@LOBO和b-NCM正极活性材料的电化学性质。a 离子电导率，b 电子电导率，以及c, d 锂离子扩散系数。e NCM与LOBO及LPSC之间界面的示意图，f NCM与LPSC之间界面的示意图。

图4 | NCM@LOBO和b-NCM正极活性材料在初始循环过程中的比较。a NCM@LOBO基全电池在20 mA g⁻¹电流密度和25°C下循环的原位奈奎斯特图，b 计算得到的弛豫时间分布谱，以及c 对应的二维强度彩色图。d–g 在不同荷电状态（0%、50%、100% SOC）和放电状态（50%、100% SOD）下提取的复合正极的非原位XPS测量结果。全电池在20 mA g⁻¹电流密度和25°C下循环，正极活性材料负载量为10 mg cm⁻²。

图5 | 循环后NCM@LOBO和b-NCM复合正极的表征。a, b 循环后NCM@LOBO和b-NCM颗粒的截面SEM图像。c, d 循环后NCM@LOBO和b-NCM颗粒的截面TEM图像。e–h 循环后复合正极的S 2p和P 2p XPS谱图。i–l 新鲜及循环后NCM@LOBO和b-NCM正极的Mn K边XANES和EXAFS谱图。

图6 | Li|μ-Si|LPSC|NCM@LOBO软包电池的表征。a 光学照片和内部结构，b 电压曲线，以及c 长期循环稳定性。