近日，澳大利亚伍伦贡大学郭再萍教授课题组在 Electrochemical Energy Reviews专业期刊发表了题为“Li-Rich Layered Oxides and Their Practical Challenges: Recent Progress and Perspectives”的综述文章。

本综述亮点

1. 以富锂层状氧化物(LLOs)复杂的晶体结构及其演化作为切入点，围绕其面临的挑战与应对策略，全面系统地了总结其研究现状并展望了未来的发展方向；

2. 针对LLOs正极材料存在的如首次库伦效率较低、容量和电压衰减、倍率性能较差等问题产生的原因，进行了深入的总结和分析；

3. 归纳了表面包覆和晶格掺杂等应对策略的研究现状。

文章将发表于Electrochemical Energy Reviews期刊2019年第2卷第2期，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：Li-Rich Layered Oxides and Their Practical Challenges: Recent Progress and Perspectives

作者：Sijiang Hu, Anoop. S. Pillai, Gemeng Liang, Wei Kong Pang*, Hongqiang Wang, Qingyu Li, Zaiping Guo*

Sijiang Hu and Anoop. S. Pillai have contributed equally to this work.

关键词：Li-rich layered oxide, Surface coating, Voltage fade, Oxygen activities, Lithium-ion battery

引用信息： Hu, S., Pillai, A.S., Liang, G. et al. Electrochem. Energ. Rev. (2019). https://doi.org/10.1007/s41918-019-00032-8

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前言

目前，商品化的动力锂离子电池正极材料主要有磷酸铁锂、三元NCA、三元NCM等，受到安全、成本、自身理论容量极限等因素的制约，很难进一步提高它们的能量密度，难以满足新型储能器件高能量密度的要求。因此，发展低成本、长寿命和高能量密度新型正极材料刻不容缓。富锂层状正极材料(LLOs)，Li_1+xM_1-xO₂或xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂(M= Ni, Mn, Co)，具有高比容量(> 250 mAh/g)和高能量密度(> 900 Wh/kg)，是高能量密度动力锂离子电池的理想正极材料。然而它也存在较低的首次库伦效率、电化学循环过程容量和电压持续衰、倍率性能较差等问题，成为限制其大规模应用的短板。

图1 几种正极材料性能的比较

从图中可以看出，综合考虑能量密度、成本、功率密度、热稳定性、循环性能这几个要素，LLOs在高能量密度新型锂离子电池正极材料领域前景广阔。

内容简介

本文首先总结了研究者对LLOs正极材料的晶体结构及其电化学过程中的演化；然后围绕上述三个短板，重点探讨了其形成的根本原因，尤其是电化学过程中晶格氧的氧化还原与氧析出，以及各因素之间的关系；接下来作者归纳了应对策略的研究现状和发展趋势；最后，作者系统评述了LLOs正极材料的研究概况以及展望。

一、LLOs的晶体结构和反应机理

关于LLOs的晶体结构，两相复合结构和单相固溶体结构是比较主流的观点。

过渡金属阳离子的和晶格氧阴离子氧化还原反应共同构成LLOs的高容量机理。

二、LLOs存在的主要问题及根源

较低的首次库伦效率是所有富锂层状氧化物所面临的一个共性问题。首次循环过程中的LLOs的O₂析出和Li₂O的净脱出是其主要原因。电压衰减问题将给电池模块的电池管理系统设计带来了相当的难度。形成电压衰减的原因有：层状相-尖晶石相转变、锂-过渡金属重排、过渡金属价态下降、结构位错和材料表面孔洞与开裂等。第三个问题是LLOs的倍率性能较差，原因具体有：不可逆的相转变、非电化学活性成分Li₂MnO₃相、电化学过程中复杂的晶格氧行为和电极与电解液之间存在较大的界面阻抗等。

三、主要的应对策略

针对上述制约LLOs应用的难题，众多研究者进行了不懈努力和深入探索。总的来说，对其改性主要是从稳定结构、降低电解液对活性物质的腐蚀以及提高锂离子和电子的迁移速率几个方面进行。这主要包括表面修饰、晶格掺杂、材料尺寸控制、电解液和粘结剂改性等策略。

图2 LLOs存在的问题、根源及其应对策略

从图中可以看出，晶格氧行为是影响LLOs正极材料电化学特征的关键。针对LLOs的改性主要围绕这三个外在特征展开。

总结

关于LLOs的晶体结构及其在电化学过程中演化，以及与此相关的电化学行为之间的直接关系有待深入研究。LLOs的改性必须考虑两个层面的问题：一是晶格氧的行为以及与此有关的层状/尖晶石相转变、阳离子混排和平均价态降低等问题；二是电极/电解液界面的离子电导和电子电导。如何实现商业化可操作、低成本的连续有效包覆层是表面改性的重点。如何控制好合成条件使掺杂原子占据预想的位置，是晶格掺杂的关键所在。而颗粒尺寸控制需要考虑高表面能、大比表面积和低振实密度等问题。借助先进表征技术，明晰LLOs的电极反应过程，尤其是氧的氧化还原反应和氧析出之间的关系，采取多种手段协同改性影响晶格行为，不失为可行的策略。

作者简介

 郭再萍：澳大利亚伍伦贡大学(University of Wollongong) 工程学院和超导与电子材料研究所  杰出教授，澳大利亚研究理事会未来学者(ARC Future Fellow, FT3)，2018年高被引学者。郭 再萍教授长期从事新能源材料的科学研究及产业化应用，目前研究方向主要涉及离子电池、 超级电容器、储氢和燃料电池等新能源领域。作为通讯作者在Nature Commun., Science  Advances, JACS, Angew，Adv. Mater., Energy & Environmental Science, Nano Lett. ACS Nano等杂志上发表学术论文约380余篇，被国内外同行在SCI论文引用超过18000余次，H指数74。是Science, Nature Nanotechnology, Nature Commun., JACS, Angew, Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Energy & Environmental Science, Nano Letters等顶级期刊杂志的审稿人及仲裁人，同时是美国化学会ACS Applied Materials & Interfaces杂志副主编。

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创刊号在2018年3月正式出版。

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