‘壹’ 富锂锰基正极材料
化学结构与充放电机制揭示潜力
富锂锰基材料，以其独特的化学通式呈现层状晶体结构，每一步充放电都蕴含着丰富的电化学历程。首次充电时，4.5 V以下的曲线揭示了LiNiaCobMncO2相的Co3+/4+和Ni2+/4+的氧化以及Li+的脱出，而4.5 V处的平台则象征着Li2MnO3相的O2-氧化和Li+脱出。然而，初次反应中晶格O的氧化和脱出导致不可逆反应，影响了电池性能。然而，后续循环中，电对的参与和O2-的可逆氧化还原反应，为富锂锰基材料贡献了可观的可逆比容量，可达250 mA h g-1以上。
挑战与改性策略
尽管富锂锰基材料表现出潜力，但低离子导电率和晶格O的脱出限制了其在倍率性能和循环稳定性上的提升。因此，对材料进行精细的改性研究显得至关重要。首先，通过优化制备工艺和调控形貌，如采用固相法、溶胶-凝胶法和共沉淀法，直接影响材料的结晶性和电化学稳定性。
表面修饰：增强性能的关键
表面修饰是提升材料性能的另一手段。通过包覆导电材料如石墨烯、碳纳米管和导电聚合物，或使用快离子导体如Li3PO4和Li2SiO3，可以改善电极的电导性。而非活性材料如ZnO、Al2O3等则提供额外的保护。电化学活性材料如V2O5和LiV3O8则在改性中发挥着核心作用。
离子掺杂：性能革命的秘密武器
掺杂是改性材料性能的强大工具。例如，F和Cl的掺杂要求苛刻的条件，但能显着改变能带结构；碱金属如K和Na的掺杂，通过扩大层间距和加速Li离子扩散，显着提升材料的倍率性能。阴离子掺杂如(BO3)3-和(BO4)5-的引入，能调整电子结构，优化阴离子氧化还原电对，以实现高容量和稳定性的设计。