【儀表網 研發快訊】富鋰錳基正極材料憑借其高比容量、低成本和獨特的電化學性質，被視為下一代高能量密度鋰離子電池正極的潛力候選材料。然而，其在循環過程中顯著的電壓衰減和容量損失嚴重制約了實際應用，這些問題源于復雜且相互關聯的電化學反應機制。
針對該領域瓶頸，西安交通大學化學學院郗凱教授團隊對富鋰錳基的衰減路徑進行了全面、多尺度的分析，涵蓋從原子尺度結構動態到介觀異質性及宏觀顆粒演變的全過程。特別聚焦于解析氧陰離子與過渡金屬陽離子氧化還原過程、氧釋放、過渡金屬離子遷移、不可逆相變、非均相電化學反應及工作條件之間的協同作用機制。通過整合先進表征、理論模擬和電化學分析的研究成果，文章構建了一個統一框架，以闡明氧活性、過渡金屬離子動態和結構轉變之間復雜的關聯。這些機理認識為開發抑制電壓衰減與容量損失的穩定化策略奠定了關鍵基礎。最終，該綜述彌合了基礎機理認知與實際工程應用之間的鴻溝，為面向高性能儲能系統、設計長壽命高能量密度富鋰錳基正極材料提供了可操作的指導。
該綜述以《富鋰錳基正極材料的電壓衰減與容量損失：原子尺度起源、介觀異質性及宏觀演變機制》(Voltage Decay and Capacity Loss in Lithium-Rich Manganese Oxide Cathodes: Atomic Origins, Mesoscopic Heterogeneities, and Macroscopic Evolution)為題，發表在材料科學領域著名期刊《先進材料》(Advanced Materials)上。化學學院助理教授金力和碩士研究生杜格寧為共同第一作者，化學學院郗凱教授為通訊作者，西安交通大學為論文唯一通訊單位。該工作得到了香港城市大學郭再萍教授，劍橋大學R. Vasant Kumar教授，中國科學院寧波材料技術與工程研究所邱報教授，南京大學彭路明教授，伯恩茅斯大學Amr M. Abdelkader教授等多位領域專家的指導。該工作得到了國家自然科學基金“超越傳統電池體系”重大研究計劃培育項目及面上項目、青年基金、中國博士后面上基金、陜西省青年基金、陜西省秦創原創新人才計劃等項目的資助。論文感謝西安交通大學國家儲能技術產教融合創新平臺和西安交通大學分析測試共享中心的支持。
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