武理吴劲松/木士春，Nature子刊！快充锂金属电池

顶刊收割机 · 公众号 · 科技自媒体 · 2024-09-22 08:30

主要观点总结

文章介绍了武汉理工大学吴劲松，木士春等人基于熵增原理开发的新型LiMn 2 O 4 正极材料EI-LMO在非水锂金属电池中的优异表现。该材料显著提升了在快速充电条件下的离子扩散能力和结构稳定性，实现了高倍率性能及良好的循环稳定性。文章还探讨了其高熵设计机制，并提出了在高熵设计策略下的新思路和方法。

关键观点总结

关键观点1: 新型LiMn 2 O 4 正极材料EI-LMO的性能表现

EI-LMO材料显著提升了在快速充电下的离子扩散能力和结构稳定性，实现在非水系锂金属电池中的卓越循环稳定性和高倍率性能，高电流密度下实现1000次循环且放电容量保持约80%。

关键观点2: EI-LMO的高熵设计机制

EI-LMO的高熵设计通过增加杂质离子的数量，增加了材料的无序程度，改善了Li离子的传输和扩散通道的稳定性，避免了结构退化。

关键观点3: 文章的研究成果与意义

该研究为开发快速充电锂金属电池提供了新的思路和方法，其成果在非水锂金属电池领域具有潜在的应用价值。

正文

【高端测试找华算】 专注测试分析服务、自有球差电镜机时、全球同步辐射资源，20000+单位服务案例！

经费预存选华算，高至16%预存增值！

锂离子电池在快速充电技术领域的显著进步引发了广泛关注，其中，LiMn ₂ O ₄ （LMO）正极材料以其独特的三维锂离子扩散通道展现出优异的离子传导潜力，被视为高性能电池的关键候选材料。然而，该材料在高电流密度下的倍率性能瓶颈及伴随的结构退化问题，严重制约了其商业化应用的进程。

在此， 武汉理工大学吴劲松，木士春等人 报道了一种新型的基于熵增原理的LiMn ₂ O ₄ 正极材料。研究显示，该材料通过引入五种低价态阳离子（Cu、Mg、Fe、Zn和Ni）增加LiMn ₂ O ₄ 的熵值，从而显著提升了材料在快速充电条件下的离子扩散能力和结构稳定性。

结果显示，该种熵增的LiMn ₂ O ₄ 材料在非水系锂金属电池中表现出卓越的循环稳定性和高倍率性能，能够在1.48 A/g的高电流密度下实现1000个循环，且在25°C下放电容量保持约80%。

图1.基于EI-LMO电极的锂离子存储性能

总之，该工作成功合成了一种新型的正极材料EI-LMO，该材料在非水锂金属电池中表现出优异的性能，包括1000次循环后仍能保持80%的放电容量、4分钟内充电至80%的快速充电能力等。同时，该工作还揭示了EI-LMO的高熵设计机制，即通过增加杂质离子的数量，增加了材料的无序程度，从而改善了Li离子的传输和扩散通道的稳定性，避免了结构退化。然而，该工作的局限性在于只在非水锂金属电池中进行了测试，需要进一步研究其在实际应用中的表现。因此，该工作提出了一种新的高熵设计策略，为开发快速充电锂金属电池提供了新思路和方法。

图2. 非原位的扫描透射电子显微镜（STEM）测试

Entropy-increased LiMn2O4-based positive electrodes for fast-charging lithium metal batteries, Nature Communications 2024 DOI: 10.1038/s41467-024-51168-1

🌟 同步辐射 ，找华算 ！三代光源，全球机时，最快一周出结果，保质保量！

👉全面开放项目：同步辐射硬线/软线/高能/液体/原位/SAXS/GIWAXS/PDF/XRD/数据拟合！

​武理吴劲松/木士春，Nature子刊！快充锂金属电池