富鋰錳基正極材料研究獲進展

科技日報訊 （記者王健高 實習記者宋迎迎 通訊員劉佳）近日，科技日報記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所獲悉，該研究所崔光磊研究員團隊在高比能鋰電池正極材料富鋰錳基層狀氧化物（LLOs）的陰離子氧穩定性調控和鋰離子傳輸異質研究方面取得重要進展。相關成果分別發表在《先進能源材料》和《德國應化》上。

據介紹，LLOs是一種新型的鋰電池正極材料，可發生陰、陽離子的可逆氧化還原反應，具有遠高於高電壓鈷酸鋰、高鎳三元正極材料的放電比容量, 在開發高能量密度鋰電池尤其是全固態鋰金屬電池時極具應用潛力。

目前，陰離子氧的氧化還原反應會導致LLOs的非穩態O 2p空穴和氧氣的產生，嚴重降低電池穩定性、循環壽命和安全性能，成為制約高比能、高安全固態電池技術發展的瓶頸。

為解決上述問題，該團隊提出一種非恆温燒結的新型材料製備技術，實現了LLOs體相晶格氧的穩定化並減少了非穩態O 2p空穴的產生。同採用傳統恆温燒結技術相比，採用非恆温燒結技術製備的正極材料其放電比容量、循環穩定性等電化學性能得到顯著提升。

此外，非恆温燒結技術的可行性在無鈷富鋰錳基正極材料體系也得到了驗證。

同時，該團隊基於原位差分相位襯度成像的掃描透射電子顯微鏡技術（DPC-STEM），首次研究了LLOs在硫化物固態電池中的電化學反應機制，觀測到LLOs中納米尺度的兩相分離是導致鋰離子在正極材料體相、界面處存在傳輸異質的決定因素。

該項工作研究了微觀晶體結構與鋰離子傳輸動力學、正極材料電化學性能之間的構效關係，揭示了全固態電池中LLOs正極材料性能衰減的微觀機制，為精準優化LLOs的晶體結構、改善正極/電解質的界面鋰離子傳輸動力學提供了指導。