【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】7月10日，廈門大學(xué)材料學(xué)院彭?xiàng)澚骸⒅x清水團(tuán)隊(duì)聯(lián)合美國西北大學(xué)李堅(jiān)濤博士在富鋰正極材料厚電極設(shè)計(jì)方面取得重要進(jìn)展。針對富鋰錳基正極材料二維層狀結(jié)構(gòu)不利于三維離子傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，該研究在材料體相中構(gòu)筑出了一種共格孿晶結(jié)構(gòu)，旨在解決厚電極條件下正極材料利用率低(比容量低)的實(shí)際應(yīng)用痛點(diǎn)。相關(guān)成果以“Coherent twins for manufacturing thick Lithium-rich battery positive electrodes”為題發(fā)表于在Nature Nanotechnology上。
 

　　厚電極是提高鋰電池能量密度的關(guān)鍵技術(shù)途徑，但其應(yīng)用受到多重因素的制約：長且曲折的離子擴(kuò)散導(dǎo)致脫嵌鋰動力學(xué)緩慢、電化學(xué)反應(yīng)不均導(dǎo)致活性材料利用率低以及循環(huán)過程中材料應(yīng)力累積導(dǎo)致嚴(yán)重的電化學(xué)機(jī)械降解等。富鋰錳基層狀氧化物憑借其獨(dú)特的陰離子電荷補(bǔ)償機(jī)制表現(xiàn)出高的理論比容量，然而其二維層狀結(jié)構(gòu)限制了鋰離子的高效傳輸，尤其在厚電極體系中更為突出。
 

　　針對上述挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊(duì)通過調(diào)控晶體生長過程，在層狀結(jié)構(gòu)富鋰錳基氧化物體相中引入共格孿晶界(CTBs)，構(gòu)建出準(zhǔn)三維鋰離子擴(kuò)散網(wǎng)絡(luò)，突破了層狀結(jié)構(gòu)二維離子傳輸瓶頸。同時(shí)，引入的CTBs還能夠降低晶格應(yīng)力累積，大幅提升了材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。因此，所研制的面載量為47.9 mg cm-2的富鋰超厚正極的面容量達(dá)到13.0 mAh cm-2，并在多種軟包電池體系中驗(yàn)證了該策略的可行性。值得一提的是，該策略是從電極材料層面設(shè)計(jì)出發(fā)，無需額外的操作工藝，將適配現(xiàn)有的電池制造產(chǎn)線。此外，該工作還深入探討了正極面載量與電池儲能成本、質(zhì)量能量密度及體積能量密度之間的設(shè)計(jì)權(quán)衡關(guān)系，為高能量密度鋰電池的設(shè)計(jì)提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)路徑。
 

　　該論文的第一作者是材料學(xué)院2021級博士生高貴陽。這項(xiàng)工作得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(基金編號U22A20118、52431009、52571256和52272240)、福建省科技計(jì)劃項(xiàng)目(基金編號2023H0003)、青年教師科研創(chuàng)新能力提升計(jì)劃(項(xiàng)目編號：SRICSPYF-ZY2025081)和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)的資助(廈門大學(xué)，基金編號20720220074 和20720240053)以及香港研究資助局(RGC)一般研究基金(GRF)的支持(CityU 11215524)。
 

　　引用：材料學(xué)院彭?xiàng)澚骸⒅x清水團(tuán)隊(duì)在富鋰正極材料厚電極設(shè)計(jì)方面取得重要進(jìn)展 廈門大學(xué) 【引用時(shí)間：2026年7月15日】