近日，我所催化基礎國家重點實驗室二維材料化學與能源應用研究組（508組）吳忠帥研究員團隊和北京大學深圳研究生院潘鋒教授團隊合作，提出了一種普適性的高容量富鋰正極材料的貧鋰態缺陷調控新策略，能夠有效穩定3d過渡金屬層間無序，極大地提高了富鋰材料的初始庫侖效率和穩定性。
開發高性能鋰電池技術對于從消費電子產品到電動汽車等應用的進步至關重要。為了實現這一目標，鋰電池正極材料需要進一步改進，以實現更長的使用壽命、更低的生產成本、更好的安全性等。由于成本低、資源豐富、比容量高（>250mAh/g）等優勢，無鈷富鋰層狀3d-過渡金屬氧化物被認為是發展下一代高比能鋰電池的極具潛力的正極材料，并受到廣泛關注。然而，它們表現出較差的結構穩定性，導致低的初始庫侖效率和有限的循環性能。
本工作中，合作研究團隊提出了一種普適性的富鋰材料的貧鋰態缺陷調控新策略，通過煅燒介質誘導表面腐蝕富鋰材料，獲得了貧鋰態富鋰正極，顯著提高了無鈷富鋰正極材料的初始庫侖效率和循環性能。該貧鋰態富鋰正極的容量表現為272mAh/g，初始效率為84.5%，200次循環后容量保持率為82.0%。多種原位和非原位表征技術揭示，適當的鋰損耗有助于調節3d-過渡金屬層間無序，使其具有良好的結構可逆性。理論模擬表明，當3d過渡金屬層有更多的Ni臨近擴散的Li+，層間無序程度越低時，含Li缺陷的晶體結構具有較低Li擴散能壘。在含鈷富鋰正極中獲得的類似結果進一步證明了這種簡單的煅燒介質誘導表面腐蝕策略的普適性，顯示出重要的性能改進潛力和適用性。
相關研究成果以“Regulation of 3d-Transition Metal Interlayered Disorder by Appropriate Lithium Depletion for Li-Rich Layered Oxide with Remarkably Enhanced Initial Coulombic Efficiency and Stability”為題，發表在《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）上。上述工作得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金、中科院潔凈能源創新研究院合作基金等項目的資助。（文/圖 張瑩）
