鋰過量的正極材料中可逆的Mn2+/Mn4+雙氧化還原

【引言】

發(fā)展低成本，資源友好型，高能量密度的正極材料越來越迫在眉睫，以此滿足對電能儲存的快速增長的需求。在目前的鋰離子電池中，由于金屬的低成本和儲量高，基于錳的高容量正極材料將會特別有發(fā)展?jié)摿Γ⑶夷芴娲Y源稀缺且與安全問題突出的鎳和鈷，同時Mn4＋氧化態(tài)的穩(wěn)定性好，因此引起研究者廣泛關(guān)注。開發(fā)基于其他氧化還原金屬的高容量正極材料可以通過交換兩個電子的過渡金屬，從而達到高容量的要求，如類似于NMC陰極中的Ni2＋／Ni4＋對。低成本和低毒性使Mn2＋／Mn4＋偶合對于要達到環(huán)境友好型的高性能鋰離子電池而言特別理想。

【成果簡介】

加州大學(xué)伯克利分校 Jinhyuk Lee和Gerbrand Ceder（共同通訊作者）課題組在Nature 上發(fā)表了題為“Reversible Mn2＋／Mn4＋ double redox in lithium－excess cathode materials” 的文章。研究團隊提供了一種結(jié)合高價陽離子和在無序 － 巖鹽結(jié)構(gòu)中部分氟取代氧以將可逆的Mn2＋／Mn4＋雙氧化還原偶合入鋰過量正極材料的策略。生產(chǎn)的富鋰正極具有高容量（＞ 300 mAh g－1）和高能量密度（約1，000 Wh kg－1）。由于錳的容量很高，只需要少量的氧化還原即可提供超過300 mAh g－1的總?cè)萘?，從而減輕氧化還原相關(guān)的問題。Mn2＋／Mn4＋氧化還原的使用降低了氧的氧化還原活性，從而穩(wěn)定了材料狀態(tài)為高級鋰離子電池高性能富錳正極的設(shè)計開辟了新的機遇。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 Li2Mn2／3Nb1／3O2F的設(shè)計和結(jié)構(gòu)表征。

圖2 Li2Mn2／3Nb1／3O2F的電化學(xué)性能。

圖3 Li2Mn2／3Nb1／3O2F的反應(yīng)機理。

圖4 Li2Mn2／3Nb1／3O2F氧化還原機理的相關(guān)計算。

圖5 Li2Mn1／2Ti1／2O2F的結(jié)構(gòu)表征和電化學(xué)性能。