加州大學伯克利分校Nature：鋰過量的正極材料中可逆的Mn2+/ Mn4+雙氧化還原

【引言】

發展低成本，資源友好型，高能量密度的正極材料越來越迫在眉睫，以此滿足對電能儲存的快速增長的需求。在目前的鋰離子電池中，由于金屬的低成本和儲量高，基于錳的高容量正極材料將會特別有發展潛力，并且能替代資源稀缺且與安全問題突出的鎳和鈷，同時Mn4⁺氧化態的穩定性好，因此引起研究者廣泛關注。開發基于其他氧化還原金屬的高容量正極材料可以通過交換兩個電子的過渡金屬，從而達到高容量的要求，如類似于NMC陰極中的Ni²⁺/Ni⁴⁺對。低成本和低毒性使Mn²⁺/Mn⁴⁺偶合對于要達到環境友好型的高性能鋰離子電池而言特別理想。

【成果簡介】

近日，加州大學伯克利分校?Jinhyuk Lee和Gerbrand Ceder（共同通訊作者）課題組在Nature 上發表了題為“Reversible Mn²⁺/Mn⁴⁺ double redox in lithium-excess cathode materials” 的文章。研究團隊提供了一種結合高價陽離子和在無序 - 巖鹽結構中部分氟取代氧以將可逆的Mn²⁺/Mn⁴⁺雙氧化還原偶合入鋰過量正極材料的策略。生產的富鋰正極具有高容量（> 300 mAh g^-1）和高能量密度（約1,000 Wh kg^-1）。由于錳的容量很高，只需要少量的氧化還原即可提供超過300 mAh g^-1的總容量，從而減輕氧化還原相關的問題。Mn2⁺/Mn⁴⁺氧化還原的使用降低了氧的氧化還原活性，從而穩定了材料狀態為高級鋰離子電池高性能富錳正極的設計開辟了新的機遇。

【圖文導讀】

圖1 Li₂Mn₂/₃Nb₁/₃O₂F的設計和結構表征。

圖2 Li₂Mn₂/₃Nb₁/₃O₂F的電化學性能。

圖3 Li₂Mn₂/₃Nb₁/₃O₂F的反應機理。

圖4 Li₂Mn₂/₃Nb₁/₃O₂F氧化還原機理的相關計算。

圖5 Li₂Mn₁/₂Ti₁/₂O₂F的結構表征和電化學性能。

文獻鏈接：Reversible Mn²⁺/Mn⁴⁺ double redox in lithium-excess cathode materials（Nature ，DOI: 10.1038/s41586-018-0015-4）

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