近日，北京大学 (Peking University) 夏定国教授课题组在 Electrochemical Energy Reviews期刊发表了题为“Voltage Decay in Layered Li-rich Mn-based Cathode Materials”的综述论文，系统论述了锂离子电池富锂锰基正极材料电压衰退的研究现状和发展方向。

文章已经在Electrochemical Energy Reviews官网上线，详情请阅读全文，可免费获取。本文也在微信(ElectrochemicalEnergyReviews)、微博(ElectrochemicalEnergyReviews)、科学网博客（EEReditor）、Facebook等新媒体平台推出，请大家多关注和阅读。更可以关注EER Springer主页（https://www.springer.com/chemistry/electrochemistry/journal/41918）和上海大学期刊社网站EER主页（http://www.eer.shu.edu.cn）获取第一手的电化学评论资讯。

文章题目：Voltage Decay in Layered Li-rich Mn-based Cathode Materials

作者： Kun Zhang, Biao Li, Yuxuan Zuo, Jin Song, Huaifang Shang, Fanghua Ning, Dingguo Xia*

关键词：Voltage decay, Surface phase transformation, TM migration, Anion redox, Microstructural defects, Voltage hysteresis 

引用信息： Zhang, K., Li, B., Zuo, Y. et al. Electrochem. Energ. Rev. (2019). https://doi.org/10.1007/s41918-019-00049-z

长按/扫描二维码阅读全文

本综述亮点：

1. 系统总结了富锂锰基正极材料电压衰退的机制研究，揭示了电压衰退与阴离子氧化还原，结构转变以及微孔结构破坏之间的关系。

2. 创新从表面修饰、体相电子结构及晶体结构调控、材料几何结构、形貌设计四个大方面总结了近年来对于电压衰退问题开展的工作。

3. 揭示了电压衰退及电压滞后之间的联系与存在的问题，为进一步发展新型富锂材料提供了建设性意见。

前言

富锂锰基正极材料（LMR-NMCs），具有高容量，低毒低成本等优点。因此，这些材料被认为是高能量密度锂离子电池的理想正极材料。然而，这种材料仍然具有首圈库伦效率低、循环稳定性差、倍率性能低以及电压衰减等固有缺点，使得其在电动汽车和电网储能装置中的应用变得困难。尤其是不同于电化学极化导致充电电压升高和放电电压降低，电压衰减不仅导致能量密度不断降低，而且使电动汽车的电池管理系统的充电管理变得更加困难，进一步阻碍了电动汽车的商业化。为了解决这一问题，近年来人们已经研究了电压衰减的机理和各种抑制电压衰减的方法。因此，本文从表面修饰、体相调控、几何结构以及颗粒形态改进等方面总结了这些发现。此外，本文还提出了电压衰减与电压滞后之间可能的关系，并对今后富锂锰基阴极材料的研究提出了建议。

电压衰退与三个主要原因的关系示意图

内容简介

1. 富锂锰基正极材料晶体结构简介、阴离子氧化还原及进行机制。

2. 与阴离子氧化还原紧密相关的结构转变及材料颗粒形貌的变化。这一部分围绕富锂锰基材料充放电循环过程中的表面结构变化，详细说明了电压衰退机制的发展历程。起初，人们认为在充放电过程中，材料表面会发生层状向尖晶石结构的转变，通过各种先进手段证明，这种结构转变并不完全是尖晶石结构，而是一种层状向“类尖晶石”结构的转变。另外，这种表面结构的转变来源于阴离子氧化还原导致的过渡金属离子的迁移。另一方面，充放电循环过程中的材料表面及内部会发生崩解产生新的孔道，导致材料的比表面积更大，电压衰退因此更加剧烈。

3. 表面修饰改进电压衰退

近年来，大量的改性工作集中在表面包覆以及体相掺杂两种传统改性手段上以解决电压衰退问题。从电压衰退的机理上来讲，稳定表面是抑制电压衰退最直接的手段。本文选取了几个典型的表面包覆实例来说明表面包覆对电压衰退的改进作用。

RuO_x包覆的富锂锰基材料电化学性能对比图

4. 体相电子调控及晶体结构调控

另一种改善电压衰退的间接性手段是通过从根源上调制体系的阴离子氧化还原行为。体相掺杂阳离子、阴离子、聚阴离子等都可以对结构稳定性及阴离子氧化还原活性产生影响。另外，通过研究过渡金属离子迁移机制，调制表面及体相过渡金属离子的分布也可以有效抑制电压衰退问题。

5. 颗粒形貌调控

由于电压衰退与材料表面微孔结构的转变同样紧密相关，通过调节一次颗粒或二次颗粒表面的元素结构、二次颗粒的形貌等等同样可以对电压衰退产生显著的影响。

6. 几何结构探究

本课题组在2018年报道的O2型富锂层状材料，相较传统的O3型材料具有更高的稳定性、容量及几乎不可见的电压衰退。从这一研究中出发，我们可以发现材料的几何构型或许具有不同的阴离子氧化还原行为与结构演变过程，从而具有不同于传统O3层状材料的优异电化学性能。

O2型富锂材料的电化学性能图

总结

关于富锂锰基材料的电压衰退从机制上以及改善手段上已经有了丰富的研究工作。然而，进一步的工作需要定位在简单易行的大规模生产上。另一方面，与电压衰退相关的富锂锰基材料的电压滞后等问题仍需深入探究。

作者信息

本文第一作者为北京大学工学院博士生张琨，通讯作者为北京大学工学院教授夏定国。

关于我们

Electrochemical Energy Reviews (《电化学能源评论》，简称EER)，该期刊旨在及时反映国际电化学能源转换与存储领域的最新科研成果和动态，促进国内、国际的学术交流，设有专题综述和一般综述栏目。EER是国际上第一本专注电化学能源的英文综述性期刊。EER覆盖化学能源转换与存储所有学科，包括燃料电池、锂电池、金属-空气电池、超级电容器、制氢-储氢、CO₂转换等。 

EER为季刊，每年3月、6月、9月以及12月出版。 

创刊号在2018年3月正式出版。

欢迎关注和投稿

期刊执行严格的同行评议，提供英文润色、图片精修、封面图片设计等服务。出版周期3个月左右，高水平论文可加快出版。欢迎关注和投稿。

E-mail: eer@oa.shu.edu.cn

Tel.: 86-21-66136010

SpringerWeb: http://www.springer.com/chemistry/electrochemistry/journal/41918

ShuWeb: http://www.eer.shu.edu.cn

WeChat：ElectrochemicalEnergyReviews       

长按/扫描关注EER微信公众号

请将阅读原文链接设为：

https://link.springer.com/article/10.1007/s41918-019-00049-z