背景介绍受电动汽车成功实用化的启发，产业界逐步开始布局下一代电动船舶及电动飞机市场，而这也给作为动力能源的锂离子电池提出了更高的比能量密度要求。富锂正极材料在充放电过程中，可借助阴离子氧化还原，突破过渡金属离子氧化还原的限制，提供更高的比能量，因而广受学界及产业界青睐。 通常，充放电过程中的富锂正极材料点阵内的阴离子在提供电子后将变得不稳定，需要通过阴离子二聚来稳定点阵结构。然而，阴离子二聚的发生将使得循环中的富锂正极材料出现容量衰减、电压衰减及电压滞后，进而降低富锂正极材料的循环稳定性。 目前，容量衰减及电压衰减已通过表面处理及晶界工程，获得了解决。但电压滞后由于涉及到晶体点阵内复杂的配体-过渡金属电荷转移行为（LMCT），因而常规的改性方法无法对其奏效，可兼顾三者的研究工作鲜见报道。 近日，武汉大学艾新平教授课题组与北京大学夏定国教授/李彪研究员课题组合作，首次提出了一种全新的过渡金属-配体电子自旋锁定策略。他们通过向富锂层状正极材料的晶格点阵中引入具有反铁磁性超交换作用的Fe-Ni金属对，以锁定LMCT过程中的电子自旋取向，进而成功地抑制了充放电过程中的阴离子二聚，提升了阴离子氧化还原稳定性，尤其是显著抑制了电压滞后。非原位K-edge XANES, L2,3-edge XAS、XPS、磁化率测试以及群论分析证实了该电子自旋锁定效应的存在。该文章发表在国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society上。武汉大学博士研究生姜泽文、北京大学博士研究生张琨、武汉大学博士研究生丁启航及北京大学博士研究生高川为本文第一作者。
作者介绍李彪，北京大学研究员。2017年于北京大学取得博士学位，指导导师为夏定国教授。2017-2019年于北京大学从事博士后研究工作，合作导师为夏定国教授。2019-2022年于法兰西工学院（Collège de France）从事博士后研究工作，合作导师为Jean-Marie Tarascon教授。2023年起就职于北京大学材料科学与工程学院。研究领域为锂（钠）离子电池正极材料、全固态电池正极与电解质材料及其界面及先进电池材料表征技术的发展与应用等。目前已发表SCI论文60余篇，包括以第一作者发表的Nature Chemistry、Nature Materials、Energy & Environmental Science、Advanced Materials等。曾获得国家海外高层次青年人才项目（2022年）、博士后创新人才支持计划（2017年）、北京市及北京大学优秀毕业生（2017年）及北京大学优秀博士毕业论文（2017年）等。 艾新平，武汉大学二级教授。目前为化学电源材料与技术湖北省重点实验室主任、科技部“新能源汽车重大专项”指南专家与总体专家组专家、“储能与智能电网专项”技术委员会项目责任专家及《电化学》《储能科学与技术》《电源技术》副主编。研究领域为锂离子电池、钠离子电池、锂-硫电池、固态电池，以及电池安全性技术。目前已发表SCI论文100余篇，包括以通讯作者发表的Journal of the American Chemical Society、Nature Communications、Energy & Environmental Science、Advanced Materials等。曾获得国家技术发明二等奖、省部级科技成果一等奖等奖项。
夏定国，北京大学博雅特聘教授。目前为先进电池材料理论与技术北京市重点实验室主任、教育部长江学者特聘教授。从事材料学的教学及科学研究工作。先后主讲了本科生、硕士生、博士生课程等10门。承担或完成了包括国家重大研究计划、国家自然科学基金重点课题及北京市自然科学基金重点课题。研究领域为低铂及非铂催化剂、锂离子电池材料及材料模拟计算。目前已发表SCI论文150余篇，包括以通讯作者发表的Nature Sustainability、Journal of the American Chemical Society、Nature Communications、Energy & Environmental Science、Advanced Materials等；出版学术专著2部；在锂离子电池材料、燃料电池催化剂及材料制备等领域完成国家与省部级课题10余项；获国家发明专利20多项；获得国家与省部级科学技术奖励3项，包括国家科技进步二等奖一项，北京市科学技术一等奖一项（基础类）。
Zewen Jiang, Kun Zhang, Qihang Ding, Chuan Gao, Yuxuan Zuo, Hangchao Wang, Junfei Cai, Biao Li*, Xinping Ai* and Dingguo Xia*. Metal–Ligand Spin-Lock Strategy for Inhibiting Anion Dimerization in Li-Rich Cathode Materials. J. Am. Chem. Soc. 2024, doi.org/10.1021/jacs.4c10815
