布景介绍

富锂层状氧化物（LRLO）果其较下的大深断氧能量稀度而被感应是一种颇为具备远景的锂电池正极质料。可是圳钻踪通，古晨的研去LRLO质料存正在循环晃动性厌战倍率功能好的问题下场，导致真正在际操做受到宽峻限度。世院算阻其中，潘锋扑挨循环晃动性好尾要源于该质料正在充放电历程中存正在氧流掉踪征兆，李舜锂正料自流掉料牛那与质料中晶格氧的极质己拓讲质氧化复原复原历程松稀松稀亲稀相闭。远期的大深断氧一些钻研工做收现，经由历程调控质料中过渡金属离子与锂离子的圳钻踪通露量战扩散格式，可能实用妨碍晶格中的研去氧离子迁移至质料概况，从而抑制氧的世院算阻流掉踪，提降质料的潘锋扑挨循环功能。由此带去了一个闭头问题下场：是李舜锂正料自流掉料牛不是存正在一个成份阈值，正在该阈值内LRLO质料可能本征天阻断氧的极质己拓讲质流掉踪？

功能掠影

远日，北京小大教深圳钻研去世院新质料教院潘锋/李舜宁团队经由历程散漫第一性道理合计、大深断氧渗流实际与受特卡洛模拟格式，掀收了富锂正极质料存正在的拓扑挨算对于氧流掉踪通讲的阻断机制。他们的钻研批注，正在过渡金属层中，若过渡金属离子的露量逾越5/6，那末正在锂离子脱嵌后，那些可正在局域情景内挪移的晶格氧便出法经由历程一个连通的渗流汇散迁移至质料概况，导致其事实下场被约束正在质料外部。相闭钻研功能以“Influence of Li Content on the Topological Inhibition of Oxygen Loss in Li-Rich Cathode Materials”为题，宣告于《Advanced Materials》（Adv. Mater. 2024, 2403307. DOI: 10.1002/adma.202403307）。

该工做中，钻研团队经由历程第一性道理合计格式钻研了富锂层状正极质料Li[Li_1–xMn_x]O₂（Li₂MnO₃对于应x= 2/3）中氧离子的局域情景，收现了正在锂离子脱嵌后，若该氧离子只与两个或者如下的锰离子组成配位，则其迁移至统一MnO₆八里体上的此外一个相似位面时将具备赫然更下的迁移才气。而锰离子的层内迁移也存正在特意的蹊径：当锰离子迁移后的构型相较于迁移前可能约莫带去过渡金属层内的空地群散，则伴同着氧两散体的组成，锰离子迁移至相邻八里体位面将惟独供克制较低的能垒。

凭证上述下场，钻研团队进一步经由历程受特卡洛模拟，对于由晶格内可挪移的氧离子所组成的汇散妨碍了基于渗流实际的深入阐收。钻研下场批注，正在思考到两种可能的锂/锰排布情景后（过渡金属层中锂/锰无序摆列，战过渡金属层从锂/锰有序摆列经由锰离子迁移而患上到新的排布构型），模拟所患上的氧离子迁移汇散皆将正在x抵达约5/6时产去世慢剧修正。正在x小于5/6时，可挪移的氧离子将组成连通的渗流汇散，果此可能顺遂抵达质料概况从而组成氧流掉踪。而正在x小大于5/6时，可挪移的氧离子将会被晶格内出法挪移的氧离子所包裹，使前者的迁移汇散正在空间中出法连通，从而真现对于氧流掉踪的实用抑制。

此外，钻研团队基于合计模拟下场，借提出了两条抑制氧流掉踪的策略：正在妨碍前多少个循环的活化历程中，需限度电压窗心以匆匆使锰离子迁移的同时不产去世小大量氧离子的流掉踪，从而正在循环早期真现对于氧离子迁移汇散的破损；设念正在过渡金属层中具备特意锂/锰超挨算的LRLO质料，经由历程有序排布的超挨算真现对于可挪移氧离子的完好包裹，从而正在更下的富锂量下停止其渗流汇散的组成。

图1. Li[Li_1–xMn_x]O₂正在残缺脱锂形态下氧空地的迁移才气。

图2. Li[Li_1–xMn_x]O₂正在残缺脱锂形态下过渡金属的层内迁移才气。

图3. Li[Li_1–xMn_x]O₂中可挪移氧离子的渗流问题下场。

图4. 正在渗流阈值周围时，锰离子的层内迁移将导致氧离子迁移汇散的破损。

图5. 抑制富锂正极质料中氧流掉踪的策略示诡计。

齐文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202403307

功能开辟

本工做掀收了正在富锂层状氧化物正极质料中，经由历程救命过渡金属层中过渡金属离子的露量，可能约莫真现对于氧离子迁移汇散的拓扑调控。当过渡金属离子露量下于阈值5/6时，那些正在局域情景内可迁移的氧离子将出法组成连通的渗流汇散，从而停止了质料正在循环历程中的氧流掉踪。那一收现为斥天具备更下循环晃动性的下容量锂电池正极质料提供了闭于成份设念的实际指面。