過量鋰氧化物正極由于其積累的陽離子和陰離子氧化還原活性而具有高容量，因此受到越來越多的關注。然而，過量鋰的層狀氧化物由于不可逆相變而導致容量和電壓衰減，而陽離子無序正極也存在循環穩定性和倍率性能差的問題。具有層狀無序共存納米結構的巖鹽氧化物可以結合兩種相的優點，例如過量鋰氧化物固有的高容量、層狀相良好的倍率性能以及共生無序相帶來的結構穩定性。
近日，中國科學院上海硅酸鹽研究所Wujie Qiu，Jianjun Liu通過將過量鋰正極材料中的陽離子占據無序程度與離子半徑和電子構型相關聯，開發了一種描述符，使得預測層狀、無序和共存結構成為可能。
文章要點
1）為了驗證該描述符的準確性，通過合理設計合成了一系列Li1.2Ni0.4Mn0.4?aNbaO2 (0 < a < 0.4)化合物，分別產生了層狀、無序和層狀無序共存的三種不同結構。預測結果與實驗結果一致，證明了描述符的可靠性。
2）具有層狀無序共存結構的Li1.2Ni0.4Mn0.2Nb0.2O2材料表現出312 mAh g?1的高容量。多種表征技術（XRD、TEM、EDS、XPS等）結合第一性原理計算揭示了其循環過程中的結構演化、氧化還原反應行為和鋰離子遷移動力學等。結果表明，Li1.2Ni0.4Mn0.2Nb0.2O2陰極與單獨的層狀和無序結構相比，具有層狀無序共存納米結構的具有更好的結構穩定性和倍率性能。
成分預測結構的設計原理為過量鋰正極材料的可控設計和制備提供了有價值的策略。
參考文獻
Qinwen Cui, et al, Structural Design Principle of Rocksalt Oxides for Li-Excess Cathode Materials, ACS Nano, 2024
DOI: 10.1021/acsnano.3c10193
https://doi.org/10.1021/acsnano.3c10193
