综述：金属氟化物涂层增强锂离子电池正极活性材料电化学性能的表面改性技术进展

这篇综述系统总结了金属氟化物（如AlF3、LiF、CeF3等）涂层技术在提升锂离子电池（Li-ion Battery）正极材料（LCO/NMC/NCA/LFP等）性能中的作用，重点分析了涂层对循环稳定性、容量保持率（>90% retention）和倍率性能的改善机制，为高能量密度电池设计提供了关键策略。

　　

金属氟化物涂层技术：锂离子电池正极材料的性能增强之道

1 引言

锂离子电池（Li-ion Battery）因其高能量密度特性，已成为便携式电子设备（W级）至电动汽车（kW级）的核心能源载体。然而，商业正极材料如LiCoO₂（LCO）、LiNi_xMn_yCo_zO₂（NMC）等面临高电压下结构不稳定、过渡金属溶解等问题。纳米化与表面改性技术成为突破瓶颈的关键——金属氟化物涂层通过抑制电解液副反应（如HF腐蚀）和促进Li⁺传输，显著提升材料性能。例如，AlF₃涂层可使LCO在4.6V下的容量保持率从60%提升至93.5%。

2 金属氟化物涂层的作用机制

物理屏障与化学稳定：金属氟化物（如AlF₃）的高带隙特性可阻断电子迁移，减少电解液分解；F^-的高电负性促进LiF生成，稳定电极/电解液界面。原子级调控：密度泛函理论（DFT）计算显示，AlF₃与正极表面形成的Li-Al-O-F复合相能降低Li⁺迁移势垒（<0.07V过电位）。

3 典型正极材料的涂层优化

• LCO：2 mol% AlF₃涂层使4.5V下的循环容量衰减从39%降至5.6%，Co溶解量减少60%（45.5→18.3 ppm）。

• NMC811：PVP辅助的LiF-LaF₃涂层在5C下实现91.17%容量保持率（100次循环），归因于界面电荷转移电阻（R_ct）降低112Ω。

• Li-rich NMC：CaF₂涂层将初始库伦效率（CE）从76%提升至89.6%，3C下容量达141.5 mAh g^-1。

4 涂层技术的挑战与创新

厚度控制：ALD法制备的1nm AlF₃涂层在NMC532中实现112%的5C容量提升，而过厚涂层（>3wt%）会导致离子传导受阻。复合策略：LiF/FeF₃双层涂层通过协同作用，使Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂在4.8V下实现零衰减（60次循环）。

5 计算模拟与未来方向

高通量计算筛选出Li₂ZrF₆等10种新型涂层候选材料，其离子电导率比传统氧化物高2个数量级。机器学习模型可预测涂层电池寿命（准确率>90%），加速材料开发。

6 总结

金属氟化物涂层通过多尺度调控正极界面化学，为下一代高电压（>4.5V）、长寿命（>1000次循环）锂离子电池提供了可规模化应用的解决方案。未来研究需聚焦涂层-电解液协同优化及低成本制备工艺。