随着消费类电子、电动汽车和储能等领域的迅猛发展，亟需提升以锂离子电池为代表的二次储能设备的能量密度。在锂离子电池中，正极材料占据的成本最大，是提升锂离子电池能量密度的关键。目前已经商业化的正极材料（如钴酸锂、磷酸铁锂和三元正极材料等）的实际容量已经逼近其理论值，难以满足日益增长的市场需求，因此探索新一代具有高能量密度的正极材料是十分迫切的。

富锂正极材料，如富锂锰基正极材料（xLi2MnO3•(1–x)LiTMO2, TM = Ni, Mn, Co, 等），具有极高的理论比容量（＞350 mAh/g）和可逆比容量（>250 mAh/g），被认为是最有潜力的下一代锂离子电池正极材料之一。其高容量的来源不仅仅是由过渡金属离子组成的氧化还原电对（通常为Ni2+/Ni4+, Co3+/Co4+, 少量Mn3+/Mn4+），还有独特的阴离子氧化还原电对（O2-/O-/O2）。此外，富锂锰基正极材料减少了昂贵的Co和Ni的用量，有效降低了生产成本。但是，富锂锰基正极材料也面临着首次库伦效率低、倍率性能差、容量和电压衰减严重等问题，阻碍了其商业化进程。

基于上述背景，厦门大学材料学院彭栋梁教授和谢清水特任研究员联合中科院物理研究所禹习谦研究员系统地总结了近年来富锂正极材料的研究进展。本文完整地归纳了富锂锰基正极材料的晶体结构、反应机理和现存的挑战，系统地讨论了各种改性策略的优劣和应用。此外，本文还介绍了其它种类富锂正极材料（比如岩盐富锂和铁基硫化物富锂正极材料等）和富锂全电池的发展现状。最后，文章展望了富锂正极材料未来的研究方向。通过对近年来富锂正极材料领域发表的相关工作的分析和归纳，本文提出了富锂正极材料的改性策略正在朝着单一方法多功能和多策略协同改性的趋势发展等观点，为富锂正极材料未来的发展提供了新的启示和思路。

图1. 富锂锰基正极材料从晶体结构到实际应用各个阶段面临的挑战和策略概述。图片来源：Adv. Mater.

图2. （a，b）岩盐结构富锂正极材料Li1.3Nb0.3Mn0.4O2的电压曲线以及（c）岩盐Li2Ni1/3Ru2/3O3的原位拉曼光谱。（d）铁基硫化物富锂正极材料在C/20条件下和1.8-3 V电压范围的的前两个循环电压曲线。图片来源：Adv. Mater.

这一成果近期发表在Advanced Materials 上，文章的第一作者是厦门大学材料学院博士研究生何伟和郭慰彬。

Challenges and Recent Advances in High Capacity Li-Rich Cathode Materials for High Energy Density Lithium-Ion Batteries

Wei He, Weibin Guo, Hualong Wu, Liang Lin, Qun Liu, Xiao Han, Qingshui Xie,* Pengfei Liu, Hongfei Zheng, Laisen Wang, Xiqian Yu,* and Dong-Liang Peng* 

Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202005937
 

来源:小小锂博士   (责任编辑：子蕊)