加速富锂锰基正极应用的新策略

富锂锰基氧化物(LRMO)是下一代锂离子电池(LIBs)正极材料之一，有望超过550 Wh kg -1的高能量密度。然而，阴离子氧(O 2-)的氧化还原反应缓慢且不稳定，导致锂离子电池的倍率性能和循环性能较差，尤其是在固态电池中。

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊教授课题组在揭示异质Li +输运动力学和调控LRMO阴离子氧稳定性方面提供了新的见解。阴极材料。

LRMO材料由于比容量高、成本低，在固态电池中的应用前景优于商业正极材料。“阐明降解的微观机理，开发创新的材料制备技术，是解决LRMO关键科学问题的重要前提，”QIBEBT崔教授说。

该团队首次使用原位微分相差成像(STEM-DPC)的扫描透射电子显微镜技术观察了LRMO在硫化物固态电池中的异质Li +传输行为。他们发现，LRMO中的纳米级两相分离(NCM111相和Li 2 MnO 3相)是锂离子在体相和正极与固体电解质界面的不均匀性的决定性因素，严重限制了容量富锂Li 2 MnO 3的贡献。

他们的研究发表在Angewandte Chemie 国际版上。

“我们研究了LRMO的微观结构、Li +传输动力学和电化学性能之间的‘构效关系’ ，阐明了LRMO正极在固态电池中性能衰减的微观机制，”QIBEBT副教授马军说。 . 该研究进一步表明了准确优化晶体结构和增强正极/电解质界面处锂离子传输动力学的重要性。

在发表于Advanced Energy Materials的另一项研究中，研究人员提出了一种摆动式非等温烧结 (SNS) 的新材料制备技术，该技术稳定了 LRMO 体相中的晶格氧，并减少了不稳定 O 2p空穴的产生。

与传统的恒温烧结(CTS)技术相比，SNS技术制备的正极的比放电容量、循环稳定性等电化学性能都有所提高。

此外，SNS技术的可行性也在无钴富锂锰基正极材料体系(Li 1.2 Mn 0.6 Ni 0.2 O 2)中得到验证。

“这项研究将为稳定阴离子氧结构和提升LRMO材料的整体电化学性能提供指导，”该研究的第一作者张玉涵说。

“以上工作为开发高能量密度和高安全性的LRMO固态电池奠定了坚实的基础，”崔教授说。