近日，科研人員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(wěn)定性調(diào)控和鋰離子傳輸異質(zhì)研究方面取得重要進展。

據(jù)介紹，富鋰錳基層狀氧化物是一種新型的鋰電池正極材料，可發(fā)生陰、陽離子的可逆氧化還原反應(yīng)，具有遠高于高電壓鈷酸鋰、高鎳三元正極材料的放電比容量, 在開發(fā)高能量密度鋰電池尤其是全固態(tài)鋰金屬電池時極具應(yīng)用潛力。

目前，陰離子氧的氧化還原反應(yīng)會導(dǎo)致LLOs的非穩(wěn)態(tài)空穴和氧氣的產(chǎn)生，嚴重降低電池穩(wěn)定性、循環(huán)壽命和安全性能，成為制約高比能、高安全固態(tài)電池技術(shù)發(fā)展的瓶頸。

為解決上述問題，該團隊提出一種非恒溫?zé)Y(jié)的新型材料制備技術(shù)，實現(xiàn)了LLOs體相晶格氧的穩(wěn)定化并減少了非穩(wěn)態(tài)O 2p空穴的產(chǎn)生。同采用傳統(tǒng)恒溫?zé)Y(jié)技術(shù)相比，采用非恒溫?zé)Y(jié)技術(shù)制備的正極材料其放電比容量、循環(huán)穩(wěn)定性等電化學(xué)性能得到顯著提升。

此外，非恒溫?zé)Y(jié)技術(shù)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，該團隊基于原位差分相位襯度成像的掃描透射電子顯微鏡技術(shù)，首次研究了LLOs在硫化物固態(tài)電池中的電化學(xué)反應(yīng)機制，觀測到LLOs中納米尺度的兩相分離是導(dǎo)致鋰離子在正極材料體相、界面處存在傳輸異質(zhì)的決定因素。

該項工作研究了微觀晶體結(jié)構(gòu)與鋰離子傳輸動力學(xué)、正極材料電化學(xué)性能之間的構(gòu)效關(guān)系，揭示了全固態(tài)電池中LLOs正極材料性能衰減的微觀機制，為精準優(yōu)化LLOs的晶體結(jié)構(gòu)、改善正極/電解質(zhì)的界面鋰離子傳輸動力學(xué)提供了指導(dǎo)。