高镍三元正极材料，是实现高能量密度锂离子电池的重要方向。然而，随着镍含量提升，材料虽然获得更高的初始容量，却面临更加突出的容量衰减与界面稳定性问题。
为什么高镍材料更容易失效？
当电池放电时，电极表面的质量增加，真的全部来自 Li⁺ 嵌入吗？
近期，研究人员在 EES Batteries 发表了一项研究，通过结合电化学石英晶体微天平（EQCM）、X 射线光电子能谱（XPS）和 X 射线吸收光谱（XAS），揭示了不同镍含量 NMC 正极的界面化学差异。
其中，EQCM 提供了一项关键证据：高镍 NMC9055 在放电过程中，不仅发生 Li⁺ 嵌入，还伴随着显著的额外质量增加。
论文对 NMC622 和 NMC9055 进行了电化学测试。
当充电截止电压为 4.4 V 时，NMC9055 初始放电容量约为 214 mAh/g，明显高于 NMC622 的 183 mAh/g。
然而，在 4.4 V、0.1C 条件下，NMC9055 经过 50 次循环，容量保持率仅约 75%。
研究还发现，降低 NMC9055 的充电截止电压，也未能使其获得与 NMC622 相当的循环稳定性。
这提示我们：高镍材料的容量衰减不仅需要从结构相变角度解释，也必须关注电极—电解液界面的副反应。
通过 P 2p XPS 分析，作者发现：
NMC9055 在约 4.0 V 就出现明显的 F–P–O 信号，而 NMC622 主要在约 4.4 V 及以上才出现占主导的相关信号。
这一结果表明，高镍材料在较低充电电压下，就能够表现出更明显的电解液盐反应特征。
结合 XAS 和 XPS 深度剖析，研究还发现，NMC9055 的电解液相关反应产物可在更深的探测范围内被检测到。
这说明界面稳定性不仅取决于是否形成 CEI，还与 CEI 的组成、空间分布及持续演化密切相关。
这是本篇论文最值得关注的研究结果。
EQCM 技术可以在电化学反应过程中，同步监测电极的微小质量变化。
研究人员通过分析 MPE（每摩尔电子对应的质量变化），将电极质量变化与电化学过程联系起来。
对于理想的 Li⁺ 嵌入过程，MPE 预期约为 +6.94 g/mol。
实验发现：
NMC622：约 +7.3 g/mol
NMC811：约 +7.7 g/mol
NMC9055：在不同放电区间出现 +28、+16、+14 g/mol
其中，NMC622 和 NMC811 的部分放电过程接近理想嵌锂行为，而 NMC9055 表现出显著超出嵌锂预期的质量增加。
EQCM 由此揭示：高镍正极放电时，除了 Li⁺ 嵌入，还可能同时发生界面副反应产物的沉积。
需要注意，各项数据对应的电压区间不同，MPE 也不能单独确定具体沉积物种。
在随后的循环中，EQCM 继续检测到了异常的质量变化。
NMC9055 在特定放电区间内，第 2、3、4 圈的 MPE 分别约为：
+31、+40、+29 g/mol。
这些结果表明，相关界面质量变化并未随着初始成膜过程结束而完全停止。
对高镍正极而言，CEI 可能不是一层静态的保护膜，而是持续经历物质生成、沉积、溶解与重新分布的动态界面。
传统电化学测试能够告诉我们电池的容量、极化及循环性能如何变化。
XPS/XAS 可以帮助识别界面物种、元素化学状态及其变化。
而 EQCM 则从另一个维度切入：
通过实时记录电极质量变化，为识别电化学过程中可能存在的额外沉积、溶解和副反应提供证据。
因此，将 EQCM 与电化学测试、XPS、XAS 等表征方法结合，可以更全面地理解正极材料的界面反应机制。
从高镍三元正极、界面成膜过程，到电化学沉积与溶解、电解液配方优化，QCM/EQCM 技术为材料研究提供了重要的原位质量监测手段。
不仅关注电流如何变化，更关注电极表面发生了怎样的质量变化。
这正是 EQCM 技术在先进电池材料和电化学界面研究中的重要价值。
欢迎交流 QCM/EQCM 在电池及电化学材料研究中的更多应用。
参考文献
Theibault M. J. et al. Nickel-dependent interfacial chemistry in layered oxide cathodes: insights from X-ray photoelectron spectroscopy and electrochemical quartz crystal microbalance measurements. EES Batteries, 2026, 2, 975–991.
DOI: 10.1039/d6eb00021e
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