理想的单晶LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂（SC-NCM，x + y + z =1）正极由于不存在晶粒晶界，可在材料的长循环过程中避免材料微裂纹的产生，进而缓解其本体结构的机械退化，从而抑制材料界面的副反应。近年来，人们在改善SC-NCM正极的性能以及抑制结构衰减方面已经取得了许多重要的研究进展，然而，目前尚没有关于定量化分析单晶SC-NCM材料衰减过程的研究报道。

近日，厦门大学杨勇教授、德国卡尔斯鲁厄理工学院赵文高博士、中南大学范鑫铭研究员和北京工业大学闫鹏飞教授团队结合大量得实验和理论模拟结果，定量揭示了锂离子电池中单晶高镍正极NCM的衰减过程；该工作也得到瑞典查尔莫斯理工大学熊士昭研究员团队和卡尔斯鲁厄理工学院高级科学家Torsten Brezesinski团队在理论模拟和衰减机制探究方面的大力支持。

该工作通过系统测评单晶正极材料LiNi_0.65Co_0.15Mn_0.2O₂(SC-NCM65)的循环性稳定，并探究颗粒表面和本体结构的演变来定量衰减因素。Li/SC-NCM65电池在4.4和4.6V的充电截止电压下 (vs. Li⁺/Li)，400圈循环后容量保持率仍然在76%以上；而在4.7V(vs. Li⁺/Li)的充电截止电压下，其容量保持率只有56%。研究表明，在4.7V充电截止电压下的容量衰减不是电解液的分解和微裂纹的生成造成的，而归因于高压循环条件下表面NiO型岩盐相的增厚。

球差校正透射电镜的统计结果表明循环后SC-NCM65表面NiO相的厚度与它的容量损失呈线性关系。密度函数理论（DFT）证实，相比NCM层状结构，NiO岩盐相拥有更高的锂离子扩散能垒，从而导致了Li⁺传输速率变慢，抑制了可逆容量的发挥。多物理场仿真模拟（COMSOL Multiphysics）进一步在宏观尺度上证实了NiO型岩盐相薄层造成了正极材料颗粒整体Li⁺传输动力学的下降。该工作中对正极材料衰减因素的定量化探究策略，对于高压稳定长循环单晶NCM正极材料的开发有重要的借鉴意义。