据宁波材料技术与工程研究所消息，在目前已知的正极材料中，富锂锰基正极材料放电比容量高达 300mAh / g，是当前商业化应用磷酸铁锂和三元材料等正极材料放电比容量的两倍左右。因此，富锂锰基正极材料被认为是新一代高能量密度动力锂电池的理想之选，更是动力锂电池能量密度突破 400Wh/kg的技术关键。
近十年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室研究员刘兆平团队长期致力于富锂锰基正极材料的研究开发，围绕降低富锂锰基正极材料的首次不可逆容量、循环过程中电压衰减和氧析出等关键科学问题开展了研究并取得系列研究结果。
近期，研究团队对富锂锰基正极材料中镍钴元素与氧活性关系以及富锂锰基正极材料的改性优化开展了深入研究，取得了系列进展。首先，他们与美国加州大学圣地亚哥分校研究人员合作，利用上海光源和东莞散裂中子源等大科学装置，围绕富锂锰基正极材料中镍钴元素与氧活性问题开展了研究（图 1），该研究成果近日在线发表在 Materials Today 上。
▲ 图 1
与此同时，针对富锂锰基正极材料的氧活性利用与其能量效率的相互矛盾问题（图 2），研究团队与美国布鲁克海文国家实验室研究人员合作开展了深入研究，利用原位 X 射线衍射谱和原位 X 射线吸收谱，揭示了晶格氧氧化还原动力学与过渡金属迁移重排速率的相关性，发现通过微调化学组成适度减少 Li 含量并增加 Ni 含量，可以有效限制 Li2MnO3 相畴的扩大，并诱发电化学过程中可逆 Ni 混排，使 Ni 离子阻断 Mn 离子的扩散迁移路径，从而一定程度缓解电化学反应过程中离子迁移迟滞的现象。这一研究结果为设计高能效和长循环稳定性的富锂锰基正极材料提供了新思路。该研究成果发表在 Energy Storage Materials 上。
▲ 图 2
此外，研究团队综合采用表面掺杂、气固界面改性、表面包覆等表面改性手段，实现了复合表面结构的构筑（图 3），制备出一种高比容量和长循环稳定性的富锂锰基正极材料。研究团队采用该富锂锰基正极材料和石墨烯复合硅碳负极材料，设计研制了能量密度达 345Wh/kg的新型电池（容量 20Ah），并表现出优良的循环稳定性。该研究成果发表在 Journal of Materials Chemistry A 上。
