文章导读
当你还在为手机续航焦虑时，科学家们已经在攻克下一代电池的核心难题。富锂锰基材料明明能提供更高的能量密度，却因为诡异的电压衰减和容量损失让所有研发团队头疼——大多数解决方案都停留在表面修补，而西安交大团队这次直接撕开了问题的本质。他们发现电池性能衰退的真正根源不在电极表面，而在原子尺度的氧活性与过渡金属离子之间那场看不见的"博弈"。这个被长期忽略的微观机制，正在悄悄吞噬你的电池寿命。想知道他们如何从原子层面锁定罪魁祸首，并为下一代长寿命电池铺平道路吗？
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富锂锰基正极材料凭借其高比容量、低成本和独特的电化学性质，被视为下一代高能量密度锂离子电池正极的潜力候选材料。然而，其在循环过程中显著的电压衰减和容量损失严重制约了实际应用，这些问题源于复杂且相互关联的电化学反应机制。
针对该领域瓶颈，西安交通大学化学学院郗凯教授团队对富锂锰基的衰减路径进行了全面、多尺度的分析，涵盖从原子尺度结构动态到介观异质性及宏观颗粒演变的全过程。特别聚焦于解析氧阴离子与过渡金属阳离子氧化还原过程、氧释放、过渡金属离子迁移、不可逆相变、非均相电化学反应及工作条件之间的协同作用机制。通过整合先进表征、理论模拟和电化学分析的研究成果，文章构建了一个统一框架，以阐明氧活性、过渡金属离子动态和结构转变之间复杂的关联。这些机理认识为开发抑制电压衰减与容量损失的稳定化策略奠定了关键基础。最终，该综述弥合了基础机理认知与实际工程应用之间的鸿沟，为面向高性能储能系统、设计长寿命高能量密度富锂锰基正极材料提供了可操作的指导。
从原子尺度到介观异质性及宏观颗粒演变的富锂锰基正极材料衰减机制模型
该综述以《富锂锰基正极材料的电压衰减与容量损失：原子尺度起源、介观异质性及宏观演变机制》（Voltage Decay and Capacity Loss in Lithium-Rich Manganese Oxide Cathodes: Atomic Origins, Mesoscopic Heterogeneities, and Macroscopic Evolution）为题，发表在材料科学领域著名期刊《先进材料》（Advanced Materials）上。化学学院助理教授金力和硕士研究生杜格宁为共同第一作者，化学学院郗凯教授为通讯作者，西安交通大学为论文唯一通讯单位。该工作得到了香港城市大学郭再萍教授，剑桥大学R. Vasant Kumar教授，中国科学院宁波材料技术与工程研究所邱报教授，南京大学彭路明教授，伯恩茅斯大学Amr M. Abdelkader教授等多位领域专家的指导。该工作得到了国家自然科学基金“超越传统电池体系”重大研究计划培育项目及面上项目、青年基金、中国博士后面上基金、陕西省青年基金、陕西省秦创原创新人才计划等项目的资助。论文感谢西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台和西安交通大学分析测试共享中心的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202521529
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