武漢理工大學(xué)新聞網(wǎng)訊 近日，我校材料復(fù)合新技術(shù)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(fā)表在Nature Communications上。我校材料復(fù)合新技術(shù)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(dāng)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(shù)挑戰(zhàn)，不僅需要電池模組設(shè)計的創(chuàng)新，更對電極材料的導(dǎo)電性能提出了更為嚴(yán)苛的要求。然而，電極材料的低離子電導(dǎo)率嚴(yán)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(xiàn)正極材料的極速充放電成為亟待解決的技術(shù)難題。因此，開發(fā)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(diào)控策略，即通過向LiMn2O4體系中引入五種低價態(tài)陽離子（Cu、Fe、Mg、Ni、Zn），成功實現(xiàn)了熵值的優(yōu)化（即熵增LiMn2O4）。實驗數(shù)據(jù)表明，該新型材料在高達(dá)1.48 A g?1（相當(dāng)于10 C倍率）的電流密度下，于25°C歷經(jīng)1000次充放電循環(huán)后，仍能保持約80%的初始放電容量，預(yù)示著搭載此材料的電池有望實現(xiàn)4至5分鐘內(nèi)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(xué)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