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
在實際應用中需要快速充電的非水系鋰基電池。在這方面，LiMn2O4因為三維鋰離子擴散通道的存在而具有良好的離子擴散性，被認為是一種有吸引力的正極材料。然而，LiMn2O4在高電流下表現出較差的倍率性能和快速的結構退化。
基于此，2024年8月27日，武漢理工大學吳勁松教授、木士春教授在國際頂級期刊Nature Communications發表題為《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陽離子來增加LiMn2O4的熵。
實驗結果表明，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試時，可在25℃和1.48 A g-1下實現1000次電池循環（對應于電池充電時間4分鐘），放電容量保持率約為80%。
研究證明，LiMn2O4中熵的增加導致了摻雜劑陽離子無序性的增加和局部結構的收縮，其中擴大的LiO4空間和增強的Mn-O共價性改善了Li離子傳輸并穩定了擴散通道。
作者還證明，在高電池充電狀態下循環所引起的應力可以通過固溶體轉變的彈性變形得以緩解，從而避免了長時間循環后的結構退化。
圖文解讀
圖1：元素摻雜劑在LMO中的局域結構和擴散勢壘
圖2：鋰金屬扣式電池結構中EI-LMO基電極的鋰離子存儲性能
圖3：非原位和原位物理化學表征
文獻信息
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