【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】富鋰錳基正極材料憑借其高比容量、低成本和獨(dú)特的電化學(xué)性質(zhì)，被視為下一代高能量密度鋰離子電池正極的潛力候選材料。然而，其在循環(huán)過(guò)程中顯著的電壓衰減和容量損失嚴(yán)重制約了實(shí)際應(yīng)用，這些問(wèn)題源于復(fù)雜且相互關(guān)聯(lián)的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)制。
針對(duì)該領(lǐng)域瓶頸，西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院郗凱教授團(tuán)隊(duì)對(duì)富鋰錳基的衰減路徑進(jìn)行了全面、多尺度的分析，涵蓋從原子尺度結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)到介觀異質(zhì)性及宏觀顆粒演變的全過(guò)程。特別聚焦于解析氧陰離子與過(guò)渡金屬陽(yáng)離子氧化還原過(guò)程、氧釋放、過(guò)渡金屬離子遷移、不可逆相變、非均相電化學(xué)反應(yīng)及工作條件之間的協(xié)同作用機(jī)制。通過(guò)整合先進(jìn)表征、理論模擬和電化學(xué)分析的研究成果，文章構(gòu)建了一個(gè)統(tǒng)一框架，以闡明氧活性、過(guò)渡金屬離子動(dòng)態(tài)和結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變之間復(fù)雜的關(guān)聯(lián)。這些機(jī)理認(rèn)識(shí)為開(kāi)發(fā)抑制電壓衰減與容量損失的穩(wěn)定化策略奠定了關(guān)鍵基礎(chǔ)。最終，該綜述彌合了基礎(chǔ)機(jī)理認(rèn)知與實(shí)際工程應(yīng)用之間的鴻溝，為面向高性能儲(chǔ)能系統(tǒng)、設(shè)計(jì)長(zhǎng)壽命高能量密度富鋰錳基正極材料提供了可操作的指導(dǎo)。
該綜述以《富鋰錳基正極材料的電壓衰減與容量損失：原子尺度起源、介觀異質(zhì)性及宏觀演變機(jī)制》(Voltage Decay and Capacity Loss in Lithium-Rich Manganese Oxide Cathodes: Atomic Origins, Mesoscopic Heterogeneities, and Macroscopic Evolution)為題，發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域著名期刊《先進(jìn)材料》(Advanced Materials)上。化學(xué)學(xué)院助理教授金力和碩士研究生杜格寧為共同第一作者，化學(xué)學(xué)院郗凱教授為通訊作者，西安交通大學(xué)為論文唯一通訊單位。該工作得到了香港城市大學(xué)郭再萍教授，劍橋大學(xué)R. Vasant Kumar教授，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所邱報(bào)教授，南京大學(xué)彭路明教授，伯恩茅斯大學(xué)Amr M. Abdelkader教授等多位領(lǐng)域?qū)＜业闹笇?dǎo)。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金“超越傳統(tǒng)電池體系”重大研究計(jì)劃培育項(xiàng)目及面上項(xiàng)目、青年基金、中國(guó)博士后面上基金、陜西省青年基金、陜西省秦創(chuàng)原創(chuàng)新人才計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。論文感謝西安交通大學(xué)國(guó)家儲(chǔ)能技術(shù)產(chǎn)教融合創(chuàng)新平臺(tái)和西安交通大學(xué)分析測(cè)試共享中心的支持。
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