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第一作者：高昂
通讯作者：谷林，郭彦炳，高昂，张庆华
通讯地址：清华大学，华中师范大学，中国科学院物理所
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本研究示了化学计量层状正极材料中晶格氧氧化还原（LOR）现象的起源，并提出了一种通过设计过渡金属（TM）网络来稳定LOR的新策略。研究团队通过实验观察和理论计算发现，过渡金属离子的迁移在电化学过程中形成了动态的TM网络，这一网络结构有助于LOR的可逆性。此外，研究还提出了一个基于t2g轨道占据规则的结构设计策略，用以指导设计有序的TM网络，从而为开发高能量密度的锂离子电池正极材料提供了新的方向。
随着对更高能量密度电池需求的增长，传统的锂离子电池正极材料，特别是化学计量层状锂金属氧化物正极材料，正接近其能量密度的极限。这是因为它们主要依赖于单一阳离子的氧化还原化学。为了突破这一限制，研究人员开始探索晶格氧氧化还原（LOR）反应，这是一种在富锂材料中观察到的高能量密度范式。LOR反应提供了超过4V相对于Li+/Li的显著氧化还原容量，但其起源和机制尚未完全理解，这限制了更优正极材料的合理设计。此外，阴离子氧化还原在充放电之间存在较大的电压滞后，并在循环过程中遭受严重的电压衰减，这些问题阻碍了它们的商业化。因此，研究稳定氧化晶格氧离子的机制，实现长期可逆的晶格氧氧化还原反应，对于开发下一代高能量密度二次电池至关重要。特别是在广泛使用的插层式正极材料中，除了过渡金属(TM)阳离子的氧化还原外，激活阴离子氧化还原反应也成为了提升电池性能的关键研究方向。
图1：展示了由离子迁移引起的氧非键合态。图a和b分别展示了传统层状和丝带状过渡金属（TM）网络的示意图，图c展示了丝带TM网络中的氧配置和相应的投影态密度（pDOS），图d显示了[Li28Ni2][Li2Ni22Mn3Co3]O2结构中氧物种的百分比。
文章来源：清新电源
《钠离子电池技术发展与产业前景研究报告》
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