Gerbrand Ceder教授Matter：能量密度超1000 Wh kg-1的尖晶石正极材料！

大多数传统正极材料（如 LiCoO₂和NMC）具有层状结构，需要Co和Ni来保持正极的循环稳定性，锂离子电池市场的快速增长要求摆脱Co/Ni的限制。尖晶石型正极是促进其增长的良好候选材料，它可以利用廉价且含量丰富的Mn作为氧化还原活性元素。然而，~3 V的有害两相反应限制了其容量。

在此，美国加州大学伯克利分校Gerbrand Ceder教授及劳伦斯伯克利国家实验室Huiwen Ji等人通过机械化学方法成功合成了一系列具有不同阳离子顺序（x = 0.07、0.28、0.6和1.0）的锰基Li_1.4+xMn_1.6O_3.7F_0.3氟氧化物。在三个部分（无序）有序的尖晶石正极中实现了>1000 Wh kg^-1（比容量>350 mAh g^-1）的高比能量密度，其中可逆O氧化还原有显著贡献。

随着x的增加，其结构从大部分尖晶石型向更无序的岩盐转变。阳离子无序抑制了与3 V附近电压平台相关的两相区域，并将其转化为固溶体。此外，通过对局部环境的影响，可调的阳离子顺序也对倍率性能、电压分布和氧化还原机理产生了深远的影响。

图1. 三种尖晶石正极材料的电化学性能

因此，Li_1.47Mn_1.6O_3.7F_0.3表现出最高的倍率性能，在7.5 A g^-1时提供超过158 mAh g^-1的容量，而更多的岩盐型无序有利于晶格O的氧化还原，从而提高容量。

这项工作强调了探索众所周知的有序化合物之间结构空间连续性的重要性，可以更好地了解如何通过替代合成方法获得热力学稳定和亚稳态的偏序，以及如何将它们集成到高负载复合正极中，对于进一步探索这一有前景的空间非常有必要。

图2. 尖晶石正极材料的原位XANES光谱

Realizing continuous cation order-to-disorder tuning in a class of high-energy spinel-type Li-ion cathodes, Matter 2021. DOI: 10.1016/j.matt.2021.10.013

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/13/74467f7186/

Gerbrand Ceder教授Matter：能量密度超1000 Wh kg-1的尖晶石正极材料！

相关推荐