元能科技原位产气方案助力厦门大学/浙江大学ACS Nano成果研究：原位定量揭示富锂正极初始产气行为

01前言

2025年，厦门大学彭栋梁教授、谢清水教授团队联合浙江大学陆俊教授团队、美国阿贡国家实验室等在ACS Nano发表题为“Modulating Surface Anionic Redox Chemistry toward Highly Stable Li-Rich Cathodes with Negligible Oxygen Loss”的研究论文。该工作针对富锂层状氧化物正极材料（LLOs）在初始循环中存在的不可逆氧释放、低首圈库伦效率、界面副反应严重及长期循环容量/电压衰减等问题，提出了一种双还原性气体界面共处理策略。通过在二次颗粒外表面及内部一次颗粒表面构筑非晶过渡金属-硫酸盐/亚硫酸盐保护层、原位尖晶石过渡层以及多重缺陷结构，实现了对表面阴离子氧化还原化学的调控，有效抑制晶格氧不可逆释放和电极/电解液界面副反应（图1）。

图1. 表面阴离子氧化还原调控实现高稳定低氧释放富锂正极

值得关注的是，在该研究中，IEST元能科技GVM2200被用于软包电池初始循环过程中的体积变化测试，为揭示富锂正极材料产气行为及界面稳定性改善提供了关键的原位定量证据。

02研究背景：富锂正极为什么需要“原位产气体积监控”？

富锂层状氧化物正极材料具有超过传统商业正极材料的高容量优势，是下一代高能量密度锂离子电池的重要候选材料。然而，其高容量主要来源于阴离子氧化还原反应，而这一过程往往伴随不可逆晶格氧释放。

特别是在初始充放电过程中，过度氧化可能引发O2释放、电解液氧化分解、CEI膜不均匀生长和结构坍塌，最终导致首圈库伦效率降低、容量衰减和电压衰减。因此，除了常规电化学测试和结构表征外，如何直接、原位、定量地捕捉电芯产气引起的体积变化，是评价富锂正极材料氧稳定性和界面稳定性的重要手段。

03元能科技GVM2200的关键作用：让电芯产气行为从“结果观察”走向“过程量化”

本研究通过双还原性气体界面共处理，在富锂正极颗粒表面构筑了兼具保护和调控功能的复合表面结构。该结构一方面能够减少电极/电解液直接接触，抑制副反应；另一方面，通过SO32-/SO42-可逆氧化还原对参与电化学反应，缓解过度氧化导致的氧中心八面体畸变和结构坍塌。

DEMS实验结果表明（图2a），改性后的AS-LLO正极在初始循环中的O2释放量显著降低，表现出更高的氧氧化还原可逆性和界面稳定性。

进一步通过GVM2200实时记录了LLO与AS-LLO软包电池在初始循环过程中的体积变化曲线（图2b），AS-LLO软包电池在初始循环过程中的质量归一化体积变化明显小于未改性LLO电池，说明其初始产气行为得到有效抑制。相比单纯观察气体释放或循环性能，GVM2200能够更加直观地反映富锂正极氧释放和界面副反应对电芯体积演变的影响。

这一结果将材料层面的“晶格氧稳定性提升”，进一步转化为电芯层面的“体积变化降低”，为富锂正极材料的安全性和实用化评价提供了更直观的证据。

图2. 表面调控抑制富锂正极氧释放及电芯体积变化

04元能科技GVM2200设备应用价值

GVM2200（图3）基于阿基米德浮力法，通过高精度传感器实时监测电芯在测试过程中的体积变化，可用于揭示材料、电解液、电极界面及整电芯在不同工况下的产气行为。

图3. 原位产气体积监控仪GVM2200实物图

GVM2200可广泛应用于锂离子电池及新型电池体系中的产气行为研究，包括：

· 正极材料初始激活过程中的氧释放与体积变化分析；

· 高电压正极材料的界面副反应与产气评价；

· 不同表面包覆、掺杂或结构调控策略的产气抑制效果对比；

· 电解液、添加剂及成膜体系对电芯产气行为的影响分析；

· 电池高温存储、过充、循环老化等工况下的原位体积变化监测；

· 材料级、软包电芯级和工程化验证阶段的安全性评价。

05小结

本研究通过双还原性气体界面共处理策略，实现了对富锂正极表面阴离子氧化还原化学的有效调控，大幅降低了初始循环过程中的不可逆氧释放，并显著提升材料的循环稳定性。IEST GVM2200在该工作中发挥了重要作用。通过实时、连续、定量地监测软包电池初始循环过程中的体积变化，GVM2200为验证AS-LLO正极材料的低产气特性和界面稳定性提供了关键证据。从“氧释放机理分析”到“电芯体积变化验证”，GVM2200为高能量密度正极材料的产气行为研究、安全性评价和工程化开发提供了有力的原位表征工具。

06文章链接

Hualong Wu, Jiahao Dong, Jiantao Li, Guiyang Gao, Liang Lin, Ailin Liu, Hongfei Zheng, Guanyi Wang, Junxiang Liu, Laisen Wang, Jie Lin, Khalil Amine, Dong-Liang Peng, Qingshui Xie, and Jun Lu. Modulating Surface Anionic Redox Chemistry toward Highly Stable Li-Rich Cathodes with Negligible Oxygen Loss. ACS Nano 19, 15886-15895 (2025). https://doi.org/10.1021/acsnano.5c00630

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