北京大学深研院新材料学院潘锋团队在《先进材料》发文，揭示通过晶格应变调控研发成功的高性能富锂锰基锂电池正极材料
2025/06/03
443锂电池是中国目前的“新三样”。提升锂电池的性能是当务之急。下一代锂电池正极材料是富锂锰基材料（LMR），因其超高比容量而备受关注，但其结构复杂、电化学性能衰减显著，严重制约了实际应用的推进。北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队在此前的研究发现，由两相共存引发的晶格应变是导致结构退化的根本原因（Nature, 2022, 606, 305—312），且这一问题难以通过常规的合成动力学调控手段缓解（Energy Environ. Sci., 2024, 17, 3807—3818）。在实际循环过程中，这种两相结构会引发异步的结构演化，在相界与缺陷区域积累显著的单向拉伸应变，进一步诱导结构退化，加速容量、电压衰减与结构失效。因此，实现反应过程的同质化并有效缓解晶格应变，是推动富锂正极材料走向实用化的关键科学挑战。
从Pauling规则出发设计有序-无序共格富锂材料
潘锋团队从结构化学角度出发，基于Pauling规则设计出一种具有有序–无序共格结构的新型富锂锰基正极材料。该材料独特的结构设计有效缓解了循环过程中的晶格应变与结构退化，在特定条件下实现了近乎零电压衰减的优异性能。在此基础上，团队进一步拓展“有序–无序”结构调控策略，在不引入额外活性过渡金属离子的前提下，将无钴低镍富锂锰基正极材料比容量提升超过15%（达264mAh g?1），并实现了稳定的阴离子氧化还原过程。相关研究成果以“Minimizing inter-lattice strain to stabilize Li-rich cathode by order–disorder control ”为题，发表于著名期刊《先进材料》（Advanced Materials DOI: 10.1002/adma.202418580）上。
无钴低镍富锂锰基正极材料比容量提升达264mAh/g
该工作在潘锋的指导下完成，北京大学新材料学院博士毕业生徐沈阳、硕士毕业生高志海，中国科学院大学陈浩为文章的第一作者，香港中文大学（深圳）张明建、中国科学院大学伦正言为该研究工作的共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金、电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心、广东省新能源材料设计与计算重点实验室、深圳市新能源材料基因组制备和检测重点实验室的支持。
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