鋰過(guò)量的正極材料中可逆的Mn2+/Mn4+雙氧化還原

【引言】

發(fā)展低成本，資源友好型，高能量密度的正極材料越來(lái)越迫在眉睫，以此滿足對(duì)電能儲(chǔ)存的快速增長(zhǎng)的需求。在目前的鋰離子電池中，由于金屬的低成本和儲(chǔ)量高，基于錳的高容量正極材料將會(huì)特別有發(fā)展?jié)摿?，并且能替代資源稀缺且與安全問(wèn)題突出的鎳和鈷，同時(shí)Mn4＋氧化態(tài)的穩(wěn)定性好，因此引起研究者廣泛關(guān)注。開(kāi)發(fā)基于其他氧化還原金屬的高容量正極材料可以通過(guò)交換兩個(gè)電子的過(guò)渡金屬，從而達(dá)到高容量的要求，如類似于NMC陰極中的Ni2＋／Ni4＋對(duì)。低成本和低毒性使Mn2＋／Mn4＋偶合對(duì)于要達(dá)到環(huán)境友好型的高性能鋰離子電池而言特別理想。

【成果簡(jiǎn)介】

加州大學(xué)伯克利分校 Jinhyuk Lee和Gerbrand Ceder（共同通訊作者）課題組在Nature 上發(fā)表了題為“Reversible Mn2＋／Mn4＋ double redox in lithium－excess cathode materials” 的文章。研究團(tuán)隊(duì)提供了一種結(jié)合高價(jià)陽(yáng)離子和在無(wú)序 － 巖鹽結(jié)構(gòu)中部分氟取代氧以將可逆的Mn2＋／Mn4＋雙氧化還原偶合入鋰過(guò)量正極材料的策略。生產(chǎn)的富鋰正極具有高容量（＞ 300 mAh g－1）和高能量密度（約1，000 Wh kg－1）。由于錳的容量很高，只需要少量的氧化還原即可提供超過(guò)300 mAh g－1的總?cè)萘浚瑥亩鴾p輕氧化還原相關(guān)的問(wèn)題。Mn2＋／Mn4＋氧化還原的使用降低了氧的氧化還原活性，從而穩(wěn)定了材料狀態(tài)為高級(jí)鋰離子電池高性能富錳正極的設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的機(jī)遇。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 Li2Mn2／3Nb1／3O2F的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)表征。

圖2 Li2Mn2／3Nb1／3O2F的電化學(xué)性能。

圖3 Li2Mn2／3Nb1／3O2F的反應(yīng)機(jī)理。

圖4 Li2Mn2／3Nb1／3O2F氧化還原機(jī)理的相關(guān)計(jì)算。

圖5 Li2Mn1／2Ti1／2O2F的結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能。