上科大物質(zhì)學(xué)院劉巍課題組在富鋰高壓正極材料研究中取得重要進(jìn)展

正極材料對(duì)鋰離子電池的性能起著非常重要的作用。其中，富鋰層狀正極材料具有250mAh/g以上的比容量和較高的充放電平臺(tái)，有望提高鋰離子電池的能量密度，滿足電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)的需求。

然而，當(dāng)富鋰層狀正極材料充電電壓達(dá)到4.5 V以上時(shí)，晶格氧發(fā)生不可逆的釋放，同時(shí)過渡金屬占據(jù)原來鋰脫出留下的鋰位點(diǎn)，導(dǎo)致充電過程中脫出的鋰在放電過程中不能完全回嵌，因此富鋰層狀正極材料存在較大的不可逆容量損失。同時(shí)，由于過渡金屬的遷移和晶格氧的釋放導(dǎo)致材料發(fā)生相變，由原來的層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成了尖晶石相，材料的循環(huán)性能和倍率性能也發(fā)生衰減。

針對(duì)上述問題，近期上海科技大學(xué)物質(zhì)學(xué)院劉巍課題組開發(fā)出鐵（Fe）和氯（Cl）共摻雜的富鋰層狀正極材料，相對(duì)于未摻雜和單元素?fù)诫s具有更高的比容量和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Fe和Cl的摻雜擴(kuò)大了鋰層間距，促進(jìn)了鋰離子的擴(kuò)散，因此提高了材料的倍率性能。另外，F(xiàn)e和Cl的摻雜增強(qiáng)了陰陽離子之間的結(jié)合能，減少了不可逆的氧釋放，因此有利于提高材料的首次庫倫效率，減緩電壓衰減，增強(qiáng)材料的循環(huán)穩(wěn)定性。同時(shí)，由于Fe這種金屬元素來源豐富，可以兼顧價(jià)格低廉和綠色環(huán)保，具有較大的應(yīng)用前景。該成果以 “Cation/anion codoped and cobalt-free Li-rich layered cathode for high-performance Li-ion batteries”為題發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊Nano Letters。

圖 | 富鋰材料中陰陽離子共摻雜的過程及其作用機(jī)理示意圖

上�？萍即髮W(xué)物質(zhì)學(xué)院劉巍課題組2019級(jí)博士研究生聶璐為該論文的第一作者，劉巍教授為通訊作者，上科大為唯一完成單位。該項(xiàng)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和上科大物質(zhì)學(xué)院電鏡中心的大力支持。

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排 版 鄧雅芝

編 輯 陳 蕾

高 瑄

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