【儀表網 研發快訊】鋰電池是中國目前的“新三樣”。提升鋰電池的性能是當務之急。下一代鋰電池正極材料是富鋰錳基材料(LMR)，因其超高比容量而備受關注，但其結構復雜、電化學性能衰減顯著，嚴重制約了實際應用的推進。北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授團隊在此前的研究發現，由兩相共存引發的晶格應變是導致結構退化的根本原因(Nature, 2022, 606, 305—312)，且這一問題難以通過常規的合成動力學調控手段緩解(Energy Environ. Sci., 2024, 17, 3807—3818)。在實際循環過程中，這種兩相結構會引發異步的結構演化，在相界與缺陷區域積累顯著的單向拉伸應變，進一步誘導結構退化，加速容量、電壓衰減與結構失效。因此，實現反應過程的同質化并有效緩解晶格應變，是推動富鋰正極材料走向實用化的關鍵科學挑戰。
從Pauling規則出發設計有序-無序共格富鋰材料
潘鋒團隊從結構化學角度出發，基于Pauling規則設計出一種具有有序–無序共格結構的新型富鋰錳基正極材料。該材料獨特的結構設計有效緩解了循環過程中的晶格應變與結構退化，在特定條件下實現了近乎零電壓衰減的優異性能。在此基礎上，團隊進一步拓展“有序–無序”結構調控策略，在不引入額外活性過渡金屬離子的前提下，將無鈷低鎳富鋰錳基正極材料比容量提升超過15%(達264mAh g?¹)，并實現了穩定的陰離子氧化還原過程。相關研究成果以“Minimizing inter-lattice strain to stabilize Li-rich cathode by order–disorder control ”為題，發表于著名期刊《先進材料》(Advanced Materials DOI: 10.1002/adma.202418580)上。
無鈷低鎳富鋰錳基正極材料比容量提升達264mAh/g
該工作在潘鋒的指導下完成，北京大學新材料學院博士畢業生徐沈陽、碩士畢業生高志海，中國科學院大學陳浩為文章的第一作者，香港中文大學(深圳)張明建、中國科學院大學倫正言為該研究工作的共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學基金、電動汽車動力電池與材料國際聯合研究中心、廣東省新能源材料設計與計算重點實驗室、深圳市新能源材料基因組制備和檢測重點實驗室的支持。
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