武理吳勁松＆木士春，最新Nat. Commun.！
9-Candice 電池未來 2024年08月28日 11:44 廣東
研究概述
在實(shí)際應(yīng)用中需要快速充電的非水系鋰基電池。在這方面，LiMn2O4因?yàn)槿S鋰離子擴(kuò)散通道的存在而具有良好的離子擴(kuò)散性，被認(rèn)為是一種有吸引力的正極材料。然而，LiMn2O4在高電流下表現(xiàn)出較差的倍率性能和快速的結(jié)構(gòu)退化。
基于此，2024年8月27日，武漢理工大學(xué)吳勁松教授、木士春教授在國際頂級(jí)期刊Nature Communications發(fā)表題為《Entropy-increased LiMn2O4-based positive electrodes for fast-charging lithium metal batteries》的研究論文。
為了解決這些問題，作者引入了五倍低價(jià)陽離子來增加LiMn2O4的熵。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，熵增的LiMn2O4基材料，即LiMn1.9Cu0.02Mg0.02Fe0.02 Zn0.02Ni0.02O4，在非水系鋰金屬扣式電池配置中測(cè)試時(shí)，可在25℃和1.48 A g-1下實(shí)現(xiàn)1000次電池循環(huán)（對(duì)應(yīng)于電池充電時(shí)間4分鐘），放電容量保持率約為80%。
研究證明，LiMn2O4中熵的增加導(dǎo)致了摻雜劑陽離子無序性的增加和局部結(jié)構(gòu)的收縮，其中擴(kuò)大的LiO4空間和增強(qiáng)的Mn-O共價(jià)性改善了Li離子傳輸并穩(wěn)定了擴(kuò)散通道。
作者還證明，在高電池充電狀態(tài)下循環(huán)所引起的應(yīng)力可以通過固溶體轉(zhuǎn)變的彈性變形得以緩解，從而避免了長時(shí)間循環(huán)后的結(jié)構(gòu)退化。
圖文解讀
圖1：元素?fù)诫s劑在LMO中的局域結(jié)構(gòu)和擴(kuò)散勢(shì)壘
圖2：鋰金屬扣式電池結(jié)構(gòu)中EI-LMO基電極的鋰離子存儲(chǔ)性能
圖3：非原位和原位物理化學(xué)表征
文獻(xiàn)信息
Zeng, W., Xia, F., Wang, J. et al. Entropy-increased LiMn2O4-based positive electrodes for fast-charging lithium metal batteries. Nat Commun 15, 7371 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51168-1