武漢理工大學新聞網訊 近日，我校材料復合新技術國家重點實驗室木士春教授團隊與吳勁松教授團隊合作在高性能快充鋰離子電池正極材料研究方面取得重要進展，研究成果以“Entropy-increased LiMn2O4-based positive electrodes for fast charging lithium metal batteries”為題，發表在Nature Communications上。我校材料復合新技術國家重點實驗室為第一通訊單位，吳勁松教授、木士春教授為共同通訊作者，博士后曾煒豪等為第一作者。
當前高能量密度鋰離子電池面臨充電效率低、耗時長的核心瓶頸問題，要克服鋰離子電池充電效率低的技術挑戰，不僅需要電池模組設計的創新，更對電極材料的導電性能提出了更為嚴苛的要求。然而，電極材料的低離子電導率嚴重制約了快速充放電能力，特別是在不依賴納米化顆粒的前提下，實現正極材料的極速充放電成為亟待解決的技術難題。因此，開發具有更高維度擴散通道及高效離子遷移能力的正極材料顯得尤為重要。
在此背景下，該論文提出了一種高效的熵調控策略，即通過向LiMn2O4體系中引入五種低價態陽離子（Cu、Fe、Mg、Ni、Zn），成功實現了熵值的優化（即熵增LiMn2O4）。實驗數據表明，該新型材料在高達1.48 A g-1（相當于10 C倍率）的電流密度下，于25°C歷經1000次充放電循環后，仍能保持約80%的初始放電容量，預示著搭載此材料的電池有望實現4至5分鐘內的快速充電，極大地縮短了充電時間。該研究成果為解決儲能電池日益增長的性能需求提供了重要的解決方案。
圖1熵增錳酸鋰正極材料的晶格收縮和Mn-O鍵的強化
圖2 EI-LMO和LMO的電化學性能
Weihao Zeng, Fanjie Xia, Juan Wang, Jinlong Yang, Haoyang Peng, Wei Shu, Quan Li, Hong Wang, Guan Wang, Shichun Mu*, Jinsong Wu*. Entropy-increased LiMn2O4-based positive electrodes for fast charging lithium metal batteries. Nature Communication, 2024, 15, 7371.
論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51168-1
文：曾煒豪、黃玲林；編輯：曹明；審核：羅小寒