近日，環境與化學工程學院蔣永研究員、趙兵研究員課題組在國際知名期刊《Advanced Energy Materials》（最新影響因子：27.8）上發表富鋰錳基正極材料的最新研究綜述，論文題目為“Understanding Lattice Oxygen Redox Behavior in Lithium-Rich Manganese-Based Layered Oxides for Lithium-Ion and Lithium-Metal Batteries from Reaction Mechanisms to Regulation Strategies”♚。
鋰離子電池因其循環壽命長、自放電程度低等優點，已廣泛用於便攜式電子產品、電動汽車和儲能領域🏄🏻。當前主流的鈷酸鋰、鎳鈷錳三元🌸、磷酸鐵鋰等正極材料的比容量均低於200mAh g-1，全電池能量密度不足300Wh kg-1🧘♂️🙁，難以滿足快速增長的儲能需求😗，因此亟需開發低成本、高比能量的正極材料👯♀️。
富鋰錳基正極材料(Li1+xM1-xO2)憑借陰陽離子共同參與電化學過程的特征🧕🏻☮️，擁有約300mAh g-1放電比容量及500Wh kg-1全電池能量密度，被認為是下一代高能量密度鋰離子電池的正極材料。此外🧔🏿♀️，富鋰錳基正極材料中Ni和Co元素含量很低，有利於降低成本和保護環境📟。然而富鋰錳基正極材料較差的陰離子電化學可逆性造成晶格氧不可逆損失及有序層狀結構破壞，最終導致放電容量損失和中值電壓衰減，嚴重阻礙了其實際應用。近年來，盡管大量的改性策略被提出用以改善富鋰錳基正極的電化學性能，然而由於缺乏對陰離子氧化還原機製的深刻認知，難以有效地調控陰離子電化學可逆性並顯著提高富鋰錳基正極的循環壽命。
本工作綜述富鋰錳基正極中陰離子氧行為的示意圖
該綜述系統地總結了富鋰錳基正極材料陰離子氧的電化學行為研究的最新進展✋。首先，對陰離子氧化還原過程的各種熱力學模型及晶格氧的不同反應路徑/反應產物進行分類與討論。此外，不可逆的陰離子氧化還原與界面/結構演化的關系被構建🚣🏽♂️，用以揭示電化學性能衰退的起源。基於對晶格氧氧化還原機製的深入認知，提出一系列的改性措施，提高陰離子氧化還原可逆性。相應的改性機製被總結分析，為進一步的合理化改性做出鋪墊。最後，本文對富鋰錳基正極的未來研究方向和發展趨勢進行了展望🪣🦯，為進一步理解富鋰錳基正極中陰離子氧化還原機製及設計電化學性能優異的富鋰錳基正極材料提供了重要的參考。
蔣永🧘🏼♀️、趙兵研究員課題組對富鋰錳基正極材料有著多年的研究經驗，圍繞富鋰錳基正極材料的界面改性和體相修飾開展了大量的工作，研究成果發表在👰🏿♀️：Nano Energy, 2022, 101, 107555🤴🏽🛣；Chemical Engineering Journal, 2023, 465, 142928📣；Journal of Colloid and Interface Science, 2022, 615, 1。本課題組從反應機製到改性策略理解富鋰錳基正極晶格氧的氧化還原行為，旨在從本質上調控陰離子電化學可逆性並改善富鋰錳基正極的電化學性能。目前正在推進富鋰錳基正極體相結構調控與富鋰錳基正極/固態電解質界面修飾的研究工作。
本論文工作万事平台環境與化學工程學院為第一作者單位🟢。環化學院蔣永研究員🧔🏼🎧、趙兵研究員為共同通訊作者，第一作者為博士生沈超。該項工作得到國家自然科學基金（22179080, 21805182, 22379091）、上海市創新團隊的支持👨🔧。
論文鏈接🌔：https://doi.org/10.1002/aenm.202302957
