天大陈亚楠/山科大刘瑞AEM：超快非平衡相变诱导尖晶石锰酸锂双晶界

缺陷工程被证明是通过改善结构稳定性和离子扩散来增强锂离子电池电化学性能的重要因素。然而，传统的合成方法流程长且复杂，因此难以有效且轻松地将缺陷引入电极材料中。

在此，天津大学陈亚楠，山东科技大学刘瑞等人报道了一种具有超快加热和冷却过程的高温冲击技术（HTS），可以在几秒钟内将孪晶界（TB）快速引入纯相尖晶石LiMn₂O₄中。各种异位技术揭示了超快合成过程中LiMn₂O₄ 的结晶机制。具有 TB 的 LiMn₂O₄表现出比传统方法更高的倍率性能。

此外，外来元素可以在几秒钟内均匀地融入LiMn₂O₄中，从而产生优异的循环性能。例如，2% Ni 掺杂的LiMn₂O₄的初始容量为 121 mAh g⁻¹，在 1 C 下循环 500 次后容量保持率为 86.5%。

图1. 结构表征

总之，该工作通过高温超导技术合成了具有TBs的尖晶石型LiMn₂O₄作为LIBs正极材料。与通过传统的无TB固态方法获得的产品相比，该产品表现出更高的可逆容量和更好的倍率性能。本文揭示了高温超导过程中各向异性相的形成过程，研究了LiMn₂O₄中TBs 形成的原因。

此外，通过高温超导将Ni作为掺杂元素引入LiMn₂O₄中，通过抑制Mn²⁺的溶解和Mn³⁺的Jahn-Teller效应来改善电化学性能，进一步减少LiMn₂O₄颗粒在循环过程中的裂纹。因此，该项工作为合成具有有益缺陷的电极材料提供了新思路。

图2. 电池性能

Ultrafast Non-Equilibrium Phase Transition Induced Twin Boundaries of Spinel Lithium Manganate, Advanced Energy Materials 2023 DOI: 10.1002/aenm.202302484

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