圖1 Zn2+促使尖晶石結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生相變：精確控制固相反應，獲得層狀和類巖鹽共存的表面兩相區(qū)，基于相結(jié)構(gòu)和構(gòu)成的優(yōu)化提升電極材料的穩(wěn)定性
近日，中科院化學所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點實驗室對外公布，實驗室在高性能鋰離子電池電極材料上取得新進展。
能量密度的提升是鋰離子電池領(lǐng)域的研究重點，而正極材料是決定鋰離子電池能量密度的關(guān)鍵。鎳錳酸鋰材料是一種高電壓的正極材料，具有高能量密度和良好的倍率性能；然而，其自身的高工作電壓會顯著加速電極材料表面的副反應，嚴重損害電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和長循環(huán)性能，限制了它在高比能動力電池中的應用。
在國家自然科學基金和中科院先導項目等支持下，中國科學院化學研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點實驗室曹安民課題組在電極材料結(jié)構(gòu)控制及穩(wěn)定性提升上開展了系列工作，基于多級表界面結(jié)構(gòu)設(shè)計（J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 7127；J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 9070）、表面晶格調(diào)控（Chem 2018, 4, 1685-1695；ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 22896）等方式，實現(xiàn)了材料表界面活性的有效控制，獲得了電極材料穩(wěn)定性及器件長循環(huán)性能的顯著提升。
最近，相關(guān)研究團隊提出了一種基于表面納米精度的限域相變提升電極材料穩(wěn)定性的機制：基于可控的表面高溫固相反應，引入鋅離子促進鎳錳酸鋰的表面尖晶石結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轭悗r鹽相、層狀相兩者的復合構(gòu)型，精確調(diào)控兩相比例，在不犧牲材料電化學活性的前提下提升了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這種特殊的表面相態(tài)調(diào)控機制能夠克服常規(guī)表面惰性包覆方式對電荷傳輸?shù)膿p害，為基于電極材料自身表面化學特性調(diào)控，獲得兼具高容量、高穩(wěn)定性的關(guān)鍵電極材料提供了新的手段和機制，相關(guān)工作發(fā)表在（J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 4900-4907）。
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