潘锋/谢琳等AEM：Al取代改性Li@Mn6超结构单元，提高无钴富锂正极的长循环性能

作为锂离子电池最有前景的正极材料之一，富锂层状氧化物存在库仑效率低、容量衰减严重和电压衰减等问题，这与聚合的Li@Mn₆超结构单元有关。因此，Li@ Mn₆超结构单元的改性已成为提高富锂正极电化学性能的有效方法。

在此，北京大学新材料学院潘锋教授、张明建副研究员以及南方科技大学谢琳副教授、中科院上海微系统与信息技术研究所任国玺等人通过Al取代Co成功设计了一种无钴富锂层状氧化物—Li[Li_1/4Mn_1/2Ni_1/6Al_1/12]O₂。

将平均结构优化与详细的局部结构/化学分析相结合，作者发现引入的Al离子占据了Li@Mn₆超结构单元中的Mn位点，这进一步诱导了Li@Mn₆单元的中心锂离子被Ni²⁺部分取代。

图1. 通过Al取代提高电化学性能

因此，改性的超结构单元稳定了阴离子骨架并抑制长期循环过程中的结构降解，改性后的正极实现了优异的循环性能（在0.1C下100次循环后容量保持率为 91.8%，1 C下500次循环后容量保持率为91.4%）。

这项工作不仅加深了对Al取代机制的理解，而且为通过改性局部功能单元来设计高性能富锂正极提供了一条新途径。

图2. 改性Li@Mn₆超结构单元提高循环稳定性的机制示意图

Modifying Li@Mn₆ Superstructure Units by Al Substitution to Enhance the Long-Cycle Performance of Co-Free Li-Rich Cathode, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101962