中科院固体所：新技术助力高比能长寿命锂离子电池研究进展

蓝狮平台网讯：近期，中科院合肥研究院固体所功能材料物理与器件研究部赵邦传研究员课题组在高比能锂离子电池研究方面取得新进展，采用硫脲诱导方法在富锂锰基材料表面同步实现硫掺杂和界面共格尖晶石相的原位生长，获得一种高性能的富锂锰基锂离子电池正极材料LMRS@S，以此材料组装的袋状软包锂离子电池具有高的能量密度和极为优异的循环性能。相关研究成果以“SulfurettedLi-andMn-RichCathodeMaterialwithEpitaxialSpinelStabilizerforUltra-LongCycleLi-IonBattery”为题发表在知名期刊ChemicalEngineeringJournal(Chem.Eng.J.,454,140398(2023))上。

近年来，随着锂离子电池在多个领域被广泛应用，人们对锂离子电池性能的要求也在不断提高，特别是电池的能量密度和循环性能，这主要决定于其正极材料。相比于传统锂离子电池正极材料，单位质量富锂锰基正极材料（Li1+xM1?xO2,0

基于此，科研人员通过在富锂锰基材料表面同步进行硫掺杂和共格尖晶石相的原位生长，并结合阴离子和氧空位优化策略，成功制备出一种高性能的富锂锰基锂离子电池正极材料。材料中与内部层状相共格的外延尖晶石包覆层在电池反应过程中可有效避免电解液与活性材料之间的直接接触，为锂离子的扩散提供三维通道。另外，掺杂的硫元素可以扩大表面层状相材料的晶面间距，降低电荷在材料中转移的能垒，硫元素和过渡金属元素间形成的化学键还可以调节不可逆阴离子氧化还原，稳定材料的结构。同时，硫元素掺杂诱导出的氧空位还可以抑制表面活性氧的损失，保护体相结构的完整性。在表面层多功能修饰的作用下，这种富锂锰基材料具有非常优异的性能，特别是循环性能：半电池循环600圈后容量保持率可达82.1%，和商用石墨负极组装成的软包全电池能量密度可达604Whkg-1，循环140圈后，容量保持率为81.7%。

近年来，赵邦传研究员课题组在高比能富锂锰基锂离子电池正极材料制备和性能调控方面开展了系统的工作，取得了系列研究成果，在ChemicalEngineeringJournal、JournalofMaterialsScience&Technology、Langmuir及ACSAppliedEnergyMaterials等期刊上发表了系列论文。相关工作可为富锂锰基材料的进一步改性提供借鉴，研发的富锂锰基材料为高比能锂离子电池设计和制备提供了材料基础。