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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(fā)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25℃和1.48A?g?1下實現1000次電池循環(huán)(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(wěn)定了擴散通道。作者還證明,在高電池充電狀態(tài)下循環(huán)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(huán)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
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