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2019-06-05
??能量密度的提升是鋰離子電池領(lǐng)域的研究重點(diǎn)，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(huì)顯著加速電極材料表面的副反應(yīng)，嚴(yán)重?fù)p害電極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和長(zhǎng)循環(huán)性能，限制了它在高比能動(dòng)力電池中的應(yīng)用。
在國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)項(xiàng)目等支持下，中科院化學(xué)研究所分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jí)表界面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（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(shí)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(zhǎng)循環(huán)性能的顯著提升。
最近，相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)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(jī)制：基于可控的表面高溫固相反應(yīng)，引入鋅離子促進(jìn)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(fù)合構(gòu)型，精確調(diào)控兩相比例，在不犧牲材料電化學(xué)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(jī)制能夠克服常規(guī)表面惰性包覆方式對(duì)電荷傳輸?shù)膿p害，為基于電極材料自身表面化學(xué)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(jī)制，相關(guān)工作發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》（J. Am. Chem. Soc.2019, 141, 4900-4907）。
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(yīng)，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
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