商业化正极材料中的间隙阳离子(除锂离子外)通常为过渡族金属元素,如锰,镍,钴等。这些过渡族金属元素与氧骨架之间的键合均为3d-2p轨道相互作用。然而,由于3d-2p杂化轨道相互作用较弱,从而使得氧化物结构稳定性差,难以适应较高的工作电压而导致电池容量迅速衰减。
近日,澳大利亚阿德莱德大学郭再萍教授与伍伦贡大学Wei Kong Pang副教授合作,以尖晶石氧化物正极(LiNi0.5Mn1.5O4)为例,通过引入Ge 4s-O 2p轨道相互作用来提高尖晶石结构中氧骨架的稳定性。与传统的3d-2p轨道相比,4s-2p分子轨道因其具有更低的轨道能量而更加稳定。改性后的尖晶石材料表现出非常优异的电化学循环性能,在1C电流密度下循环2000圈后仍能够保持71.4%的初始容量。
Dr. Gemeng Liang,Dr. Emilia Olsson,Dr. Jinshuo Zou,Dr. Zhibin Wu,Jingxi Li,Dr. Cheng-Zhang Lu,Dr. Anita M. D'Angelo,Dr. Bernt Johannessen,Dr. Lars Thomsen,Dr. Bruce Cowie,Prof. Vanessa K. Peterson,Prof. Qiong Cai,Dr. Wei Kong Pang,Prof. Zaiping Guo
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202201969