北京大学夏定国AM：释放富锂锰基氧化物在快充锂离子电池中的潜力

富锂锰基氧化物作为下一代高能量密度锂离子电池的潜在正极材料，因其放电容量超过250 mAh g^-1而受到全世界的广泛关注。然而，较低的倍率能力和电压衰减问题带来了严峻的挑战。提高倍率性能的传统方法，如纳米和多孔结构设计，会增加正极的表面积，从而加速有害的锰离子迁移和氧气释放。

图1. 材料结构表征

北京大学夏定国等受城市道路立交桥建设的启发，通过在晶体中加入孪晶结构，成功合成了具有准三维（quasi-3D）锂离子扩散通道的富锂正极材料，这突破了正极材料纳米级和多孔设计的传统策略。

通过X射线衍射(XRD)、扫描透射电子显微镜(STEM)和电子反向散射衍射(EBSD)等综合结构表征技术，作者观察到制备的单分散微米级原生粒子具有很高的孪晶密度。密度泛函理论（DFT）计算揭示了具有增强锂离子扩散系数的准三维锂离子扩散通道的构建。

图2. 电化学性能研究

结果，制备的材料在0.1C时的比容量为303 mAh g^-1，在1C时的比容量为253 mAh g^-1。更重要的是，孪生结构还起到了”防波堤”的作用，抑制了锰离子的迁移，提高了整体结构的稳定性，从而实现了长期循环稳定性，在1C下经过200次循环后，容量保持率为85%。

这项工作提出的在层状富锂正极中构建准三维通道的策略将为其他层状氧化物正极的研究和开发开辟新的途径，并有可能应用于工业领域。

图3. 阴离子氧化还原行为

Unlocking The Potential of Li-rich Mn-based Oxides for High-rate Rechargeable Lithium-ion Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202307138