清华大学邱新平教授团队ACS Nano：调整类Li2MnO3畴尺寸和表面结构，实现高度稳定的富锂层状氧化物正极

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清华大学邱新平教授团队ACS Nano：调整类Li2MnO3畴尺寸和表面结构，实现高度稳定的富锂层状氧化物正极
富锂层状氧化物（LLOs）材料具有高比容量和低成本等优势，被认为是最具潜力的下一代锂电正极材料。然而，由于类Li2MnO3畴的聚集和表面结构不稳定，LLOs在循环过程中容量和电压衰减严重，严重阻碍了其商业化应用。
清华大学邱新平教授团队ACS Nano：调整类Li2MnO3畴尺寸和表面结构，实现高度稳定的富锂层状氧化物正极
图1. LNMO-0.1颗粒结构设计策略示意图
在此，清华大学化学系邱新平教授等人设计并成功制备了具有均匀分散的类Li2MnO3畴和保护性岩盐结构壳的无钴Li1.2Ni0.2Mn0.6O2（LNMO-0.1），其具有高度可逆的氧氧化还原和优异的结构稳定性。
具体而言，通过降低高温煅烧时的氧分压调控LNMO-0.1颗粒体相和表面的过渡金属离子价态调控和氧空位的生成，从而实现类Li2MnO3晶畴和颗粒表面结构的共调谐。
清华大学邱新平教授团队ACS Nano：调整类Li2MnO3畴尺寸和表面结构，实现高度稳定的富锂层状氧化物正极
图2. 材料结构表征
XPS和EELS证实，颗粒表面和体内的TM离子的价态均下降，并伴有氧空位的形成。XRD、AC-STEM和DFT计算等证明在晶格中引入少量的低价TM离子(如Mn3+)和氧空位可以实现类Li2MnO3畴的均匀分散，实现高度可逆的氧氧化还原和较少的结构衰退。
同时，表面的低价TM离子和Ni富集促进了表面重构形成无序的岩盐结构壳，有效抑制了晶格氧释放和界面副反应。因此， LNMO-0.1表现出优异的电化学性能和良好的热稳定性。
清华大学邱新平教授团队ACS Nano：调整类Li2MnO3畴尺寸和表面结构，实现高度稳定的富锂层状氧化物正极
图3. 电化学性能测试
总之，该工作通过降低高温煅烧过程中的氧分压，合成了具有均匀分散和小尺寸类Li2MnO3畴和保护岩盐结构壳的富锂层状氧化物。一方面，均匀分散和小尺寸的类Li2MnO3畴抑制了晶格氧的过氧化，实现了高度可逆的氧氧化还原和优异的结构稳定性。
此外，诱导的岩盐结构壳显著抑制了晶格氧释放、TM溶解和界面副反应，从而提高了界面稳定性，促进了Li+的扩散。得益于此，LNMO-0.1在0.1 C下具有276.5 mAh g-1的高可逆容量，具有优异的循环性能(循环300次后容量保持率为85.4%，电压衰减率为0.76 mV cycle-1)和优异的热稳定性。本工作将合成条件与富锂正极材料的畴结构和电化学性能联系起来，为设计高性能富锂阴极提供了新的见解。
Tuning Li2MnO3-Like Domain Size and Surface Structure Enables Highly Stabilized Li-Rich Layered Oxide Cathodes. ACS Nano 2023. DOI: 10.1021/acsnano.3c03666

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