单晶化策略仍无法根除三元材料本征的结构演化问题，在循环过程中，锂离子在层状结构中的非均匀嵌入/脱出和非均相电化学反应导致材料内部非平衡结构动力学，导致晶格位移以及纳米级应力累积。具有完整结构的单晶高镍氧化物可以防止晶间裂纹和相关的有害反应。然而，其低的表面体积比使得表面降解成为电化学性能的一个更关键的因素。

在此，北京大学潘锋，中国科学院金属研究所谭兴华，阿贡国家实验室刘同超等人将人工富质子(碳酸氢铵)壳层引入到富镍的LiNi0.92Co0.06Mn0.02O2单晶上，用于原位电化学转化为无机掩蔽剂，以增强正极的稳定性。

研究显示，表面富集的质子一旦在首次充电时从碳酸氢铵壳层(质子储库)释放出来，立即被LiPF6捕获，原位电化学转化为LiF和Li3PO4。原位形成的致密纳米 F-&P-掩蔽剂可抵抗电解液的侵蚀进而提高颗粒在长期循环过程中的表面稳定性。

基于此，该种表面改性可以使半电池在4.5 V的高电压下循环100次后保持95%的容量，在全电池中循环800次后保持83%的容量。

图1. 电化学性能

总之，该工作成功地通过碳酸氢铵壳在富镍单晶（SN92-H）上实现了人工表面富集质子。研究显示，质子局部富集和由此产生的致密性保护膜使得SN92-H 在 2.75–4.5 V 电压范围内循环 100 次后表现出 95% 的容量保持率，并且在石墨作为负极循环 800 次后表现出 83% 的保持率。因此，该工作加速了富镍单晶的商业应用。

图2. SN92 和 SN92-H 界面组件之间差异示意图

In Situ Conversion of Artificial Proton-Rich Shell to Inorganic Maskant Toward Stable Single-Crystal Ni-Rich Cathode, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202415860