Angew. Chem. ：Li2O基正极补锂剂助力高能量密度和长寿命锂离子电池

为满足高能/高功率密度应用（如电动汽车）的需求，提高锂离子电池（LIBs）的能量密度变得尤为重要。全电池结构中负极形成的固体电解质界面（SEI）会消耗大量活性锂离子，降低首圈库仑效率（ICE）和实际输出的能量密度。在从商业石墨负极到其它先进的高容量负极的演变中，SEI的形成加剧了活性Li的消耗。仅仅通过调整正极截止电位获得的容量提高并不足以弥补负极初始循环中活性锂的损失，这严重限制了下一代LIBs能量密度的提高。正极补锂是通过植入牺牲型锂源来提供额外的锂离子，用于补偿SEI的形成所消耗的活性锂，实现能量密度的提高。Li₂O等被认为是正极补锂剂的候选者，但由于其电导率差和电化学活性低，难以在实际应用中释放其高理论容量。近日，厦门大学乔羽教授、蒯笑笑博士与美国阿贡国家实验室徐桂良研究员等研究者通过采用LiCoO₂作为过渡金属源，将Co精确植入到Li₂O框架中的特定位点，获得了(Li_0.66Co_0.11□0.23)₂O大容量正极补锂剂。

该团队通过高能球磨的工艺将Co精确植入到Li₂O框架中的Li位点（功能性位点），证明了所产生的锂空位和Co催化的协同作用有效地增强了Li₂O的固有电导率并削弱了Li-O相互作用，降低Li₂O的充电过电位，从而促进了Li₂O的分解。

揭示了Li₂O分解过程中O阴离子的氧化路径，证明了多个O-O二聚体的形成经历了多步混合交叉反应过程，阐明了只有促进Li-O键断裂和O-O键形成才是加速Li₂O分解动力学的关键。

Co的引入和Li空位的形成能有效激活O阴离子氧化活性，引起结构的急剧演变，以此来响应Li⁺大量脱出，释放更高的容量。重要的是，这一过程是不可逆的，最后以Co₃O₄电化学惰性相残留。

将6.5 wt% CLO正极补锂剂与LiCoO₂正极耦合后，CLO中存储的额外锂源得到有效释放，以补偿SiO/C负极的锂损失，从而实现了270 Wh/kg的软包全电池容量，1000次循环后容量保持率达92%。最后，本文从机理层面和实用性角度确定过渡金属植入策略的可行性和可持续性，这将促进氧基阴离子氧化还原活性相关材料的发展，从而提高锂离子电池技术的能量密度。

论文信息

Implanting Transition Metal into Li₂O-Based Cathode Prelithiation Agent for High-Energy-Density and Long-Life Li-Ion Batteries

Yilong Chen, Yuanlong Zhu, Wenhua Zuo, Xiaoxiao Kuai, Junyi Yao, Baodan Zhang, Zhefei Sun, Jianhua Yin, Xiaohong Wu, Haitang Zhang, Yawen Yan, Huan Huang, Lirong Zheng, Juping Xu, Wen Yin, Yongfu Qiu, Qiaobao Zhang, Inhui Hwang, Cheng-Jun Sun, Khalil Amine, Gui-Liang Xu, Yu Qiao, Shi-Gang Sun

文章的第一作者是厦门大学的博士研究生陈毅龙

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202316112