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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室木士春教授團(tuán)隊(duì)與吳勁松教授團(tuán)隊(duì)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(jìn)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(shí)長(zhǎng)的核心瓶頸問(wèn)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(jì)的創(chuàng)新，更對(duì)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(shí)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(kāi)發(fā)具有更高維度擴(kuò)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(guò)向LiMn2O4體系中引入五種低價(jià)態(tài)陽(yáng)離子（Cu、Fe、Mg、Ni、Zn），成功實(shí)現(xiàn)了熵值的優(yōu)化（即熵增LiMn2O4）。實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)4至5分鐘內(nèi)的快速充電，極大地縮短了充電時(shí)間。該研究成果為解決儲(chǔ)能電池日益增長(zhǎng)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(qiáng)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