MIT/清华大学，Nature Energy！新型富锂岩盐-聚阴离子锂电集成正极

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-09-12 08:03

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不含钴和镍的无序岩盐正极利用氧氧化还原来增强锂离子电池的能量密度，但其在大于4.5 V（相对于 Li/Li ⁺ ）的高电压下实现良好的循环寿命仍具有挑战性。

在此， 麻省理工学院李巨、清华大学董岩皓等人 报告了一系列集成了岩盐和聚阴离子型结构的富锂锰基正极。遵循阳离子填充和有序化的设计规则，作者展示了聚阴离子基团在岩盐晶格中的大规模集成。

该种集成连接了锂离子电池正极的两个主要家族——层状/尖晶石和磷酸盐氧化物，显著提高了无序岩盐正极在4.8 V上限截止电压下的循环稳定性。该正极表现出高于1100 Wh kg ^-1 的高重量能量密度，并且在100次循环后保持率大于70%。

图1. 代表性成分Li _1.67 Mn _1.5 P _0.17 O ₄ 电化学性能测试及氧化还原机理

总之，该工作通过在高容量岩盐结构中引入少量聚阴离子基团，成功开发出了一系列无钴、无镍的富锂岩盐-聚阴离子集成正极。研究表明，合理的成分设计和高能球磨策略可有效克服传统岩盐结构和聚阴离子结构之间的晶格匹配难题，实现两种结构的互溶，从而有效利用其各自的优点。

此外，作者认为未来仍需通过提高活性物质的含量、优化电极设计、改进电解液成分、开发可量产的合成方法来进一步提升材料的性能和产量，从而推动该类材料在实际锂离子电池中的应用。因此，该工作为开发下一代高能量密度、长寿命、低成本的锂电池正极材料提供了新的方向和基础。

图2. 其他性能优异的DRXPS成分

Integrated rocksalt–polyanion cathodes with excess lithium and stabilized cycling, Nature Energy 2024 DOI:10.1038/s41560-024-01615-6

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