AFM：解码Li+/Na+交换路径制备高性能Mn基层状锂离子电池正极

自1996年P. G. Bruce的第一篇报告以来，Li+/Na+交换作为制备高性能锂离子电池锰基层状正极的有效方法已被广泛探索。

而了解离子交换过程中的详细结构变化对于实现高性能层状Mn基正极的合成控制至关重要，但其研究较少。

在此，香港中文大学张明建团队&北京大学潘锋团队&阿贡国家实验室Tianyi Li等人采用原位同步X射线衍射、密度泛函理论计算和电化学测试相结合的方法对纯锰基层状正极O3型Li_0.67[Li_0.22Mn_0.78]O₂（LLMO）与相应对应物P3型Na_0.67[Li_0.22Mn_0.78]O₂（NLMO）的离子交换过程中的结构变化进行了系统研究。

图1. DFT计算

通过温度分辨观察结果结合理论计算表明，Li+/Na+交换具有良好的热力学性质，并由两个串联拓扑相变组成：

1）从NLMO到层状中间体大约通过60%的Li+/Na+交换；

2）然后通过进一步的Li插入形成最终的层状产物LLMO。

此外，中间主导复合材料是通过将交换动力学减慢到室温以下而获得的，显示出比传统熔盐法获得的LLMO更好的电化学性能。这些发现为在温和条件下合成控制高性能锰基正极提供了指导。

图2. LLMO-MS、LLMO-RT和LLMO-M等的电化学性能

Decoding Li+/Na+ Exchange Route Toward High-Performance Mn-Based Layered Cathodes for Li-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202214921