作为锂离子电池LIBs的关键组成部分，正极材料显著影响其性能、成本效益、寿命和安全性，基本上决定了电池的比能量。富锂锰基氧化物（LLOs）作为传统正极材料的有希望的进展，由于其独特的阴离子和阳离子氧化还原反应，提供了改善的理论比容量和能量密度。然而，在实际应用中面临显著挑战，如初始容量损失大、电压不稳定以及在高电压下循环性能受损，主要是由于相变、电极与电解液之间的不利相互作用以及不可逆的氧气释放。表面涂层是提高LLO正极材料电化学性能的一种引人注目的策略，通过引入保护性界面层。开发保护层和特殊微观结构对于稳定LLO正极材料中的阴离子氧化还原反应和实现长期循环稳定性至关重要。包括金属氧化物、氟化物、磷酸盐、碳材料和导电聚合物在内的各种涂层材料已被用于LLO正极的表面改性。这些涂层的作用是减少正极颗粒与电解液的直接接触，从而减少氢氟酸攻击和活性物质的溶解，以及创建有效的电子传导路径，从而提高活性材料的利用率和电荷转移动力学。已知具有高锂离子导电性的尖晶石型锂氧化物、锂石榴石和锂钙钛矿的涂层，促进了快速的锂离子传输通道并防止了寄生反应。然而，单一涂层往往被证明不足以提供足够的界面保护或增强正极的体结构稳定性。涂层层与LLO颗粒之间的晶格失配以及LLO颗粒在长期循环中的体积收缩降低了界面工程的有效性。因此，开发一种能够同时防止有害相变和不可逆氧气释放，同时增强电化学性能的表面处理对于LLO的实际应用至关重要。 近日，北京理工大学陈来、董锦洋、苏岳锋团队介绍了一种创新的方法，称为离子-电子双导电（IEDC）界面工程，它为表面结构与电化学活性之间的相关性提供了新的视角，以解决锂层氧化物（LLO）正极材料固有的挑战。考虑到它们独特的结构特性和性能属性，石墨烯（Gr）和尖晶石Li4Mn5O12被精心选为模板组件，分别促进电子和离子传输通道。IEDC界面工程涉及将导电的Gr框架与离子导电的尖晶石Li4Mn5O12异质外延结构整合。这种Li4Mn5O12的外延层是通过在Gr网络内的后热处理和化学浸出相结合的方法自然诱导在宿主层状结构表面的。这种方法有效地减少了LLOs与液体电解质的直接接触，从而减轻了不可逆的副反应和相变。此外，IEDC界面工程显著影响了电荷传输动力学和阴离子氧化还原活性，从而在容量保持、倍率能力和长期循环稳定性方面取得了显著改进。通过理论研究IEDC异质结构内的Li+渗透动力学和界面粘附功，我们揭示了高度互联的三维（3D）Li+扩散路径，具有降低的Li+迁移能量和增强的界面晶格匹配。如预期的那样，具有IEDC界面工程（LMOSG）的LLO正极表现出增强的初始库仑效率（0.1 C时为82.9%），增加的放电容量（0.1 C时为296.7 mAh g−1），显著的倍率能力（5 C时为176.5
mAh g−1），以及卓越的循环稳定性（5 C下500次循环后保持73.7%）。这种基于原位尖晶石相/Gr界面重建的新型IEDC界面工程，为设计具有增强稳定性的锂离子电池（LIBs）正极材料提供了宝贵的见解。该成果以 "Ionic‐electronic dual‐conductor interface engineering and architecture design in layered lithium‐rich manganese‐based oxides" 为题发表在《Carbon Energy》期刊，第一作者是Fang Youyou。
