新材料学院在锂电池锰基尖晶石正极材料方面取得进展

正极材料通常被认为是决定锂离子电池性能的决定性因素。理想情况下,正极应在较宽的工作温度范围内提供高比容量、高工作电压、低成本、优越的安全性和长循环寿命,以满足要求诸如混合动力汽车、嵌入式混合动力汽车和纯电动汽车等应用的要求。在已有的正极材料中,锰基尖晶石型锂锰氧化物LiMn2O4(LMO)由于其高电压(Li/Li+≈4.0V)和低成本而得到了广泛的应用。然而,王者威尼斯人会员开户:循环性能差和相对较低的容量极大地限制了其作为锂电正极材料的广泛应用。究其原因,不良的循环稳定性直接与Jahn-Teller(JT)畸变引起的结构转变、Mn3+的歧化反应和Mn溶解直接相关。相对较低的LMO容量是因为放电过程中只有一个Li嵌入到Mn2O4尖晶石骨架中。理论上来说第二个锂离子嵌锂到LMO中的八面体空位中(3V以下)形成过度嵌锂的Li2Mn2O4能够使容量增加一倍,但是这很难实现,因为它将导致Mn4+还原为Mn3+从而引起更严重的Jahn-Teller畸变,导致不可逆的相变(立方相到四方相)和循环过程中的颗粒裂纹。因此,为了获得LMO的双倍容量和优异的电化学性能,关键在于如何抑制在过度嵌锂过程中严重的Jahn-Teller畸变。

Advanced Energy Materials 期刊封面

该工作近日以“Double the Capacity of Manganese Spinel for Lithium-Ion Storage by Suppression of Cooperative Jahn–Teller Distortion”为题,作为封面文章(front cover)发表在能源材料领域知名期刊 (Adv. Energy Mater. 2020, 2000363,影响因子25)上。

该工作论文第一作者为左昌坚和胡宗祥,潘锋和郑家新为共同通讯作者。该项工作得到国家材料基因工程重点研发计划、广东省重点实验室项目、深圳市科技创新委员会项目等大力支持。

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