中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員聯(lián)合英國(guó)圣安德魯斯大學(xué)教授Lightfoot、澳大利亞斯威本科技大學(xué)教授孫成華、清華-伯克利深圳學(xué)院研究員成會(huì)明等，成功研發(fā)出一種具有陰陽(yáng)離子雙重電化學(xué)活性的新型鋰離子電池正極材料。這一工作對(duì)基于多電化學(xué)反應(yīng)活性中心的新型儲(chǔ)能器件及相關(guān)材料的研究具有重要借鑒意義。相關(guān)研究成果An oxalate cathode for lithium ion batteries with combined cationic and polyanionic redox（《一種具有陽(yáng)離子和聚陰離子氧化還原活性的草酸鹽類鋰離子電池正極材料》）已在線發(fā)表于《自然-通訊》（Nature Communications, 2019, DOI: 10.1038/s41467-019-11077-0）。

　　隨著便攜式電子設(shè)備、電動(dòng)乘用工具、儲(chǔ)能等重點(diǎn)行業(yè)的快速發(fā)展，迫使鋰離子電池具有更高性能指標(biāo)。然而，猶如水桶效應(yīng)，鋰離子電池的性能短板在于正極，因此，正極材料的設(shè)計(jì)和開發(fā)是目前的研究重點(diǎn)。傳統(tǒng)鋰離子電池正極材料主要包括氧化物和聚陰離子兩大類。其中，氧化物正極如鈷酸鋰等具有過渡金屬和氧負(fù)離子兩種氧化還原電對(duì)，因此容量較高，然而，氧負(fù)離子的電化學(xué)反應(yīng)不穩(wěn)定，易產(chǎn)氣及導(dǎo)致正極結(jié)構(gòu)坍塌，從而引起電池失效和嚴(yán)重的安全事故。聚陰離子型正極如磷酸鐵鋰，由于聚陰離子作為結(jié)構(gòu)骨架顯著改善了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，但聚陰離子作為非活性成分降低了整體能量密度。因此，如能開發(fā)出一種新型正極材料，將兩種反應(yīng)機(jī)理的優(yōu)勢(shì)有效結(jié)合到一起，將有望同時(shí)實(shí)現(xiàn)高安全與高能量密度的雙高要求。

　　基于上述考慮，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員姚文嬌、周小龍等人聯(lián)合國(guó)內(nèi)國(guó)際團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出一種新型Li₂Fe(C₂O₄)₂聚陰離子正極材料，并首次發(fā)現(xiàn)該聚陰離子正極材料同時(shí)具有鐵離子和草酸根基團(tuán)兩種電化學(xué)活性。通過穆斯堡爾譜和原位同步輻射近邊吸收邊和擴(kuò)展吸收邊精細(xì)結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了Fe²⁺/Fe³⁺變化的可逆性；采用原位拉曼光譜及碳、氧的同步輻射近邊吸收邊結(jié)構(gòu)驗(yàn)證了草酸根陰離子基團(tuán)的可逆變化；進(jìn)一步的理論計(jì)算給出了該新型正極材料的電化學(xué)反應(yīng)機(jī)理。該研究發(fā)現(xiàn)了具有陰陽(yáng)離子雙重電化學(xué)活性的新型聚陰離子正極材料，對(duì)研發(fā)基于多電化學(xué)活性中心的二次電池正極材料具有重要指導(dǎo)意義。

圖：新型正極材料表征（a,b）、晶體結(jié)構(gòu)解析（c-f）以及純度（g）與熱穩(wěn)定性能表征(h,i) 

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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