黄文军 王亚平 曹昕睿 吴顺情 朱梓忠

(厦门大学物理科学与技术学院, 厦门 361005)

(2021 年3 月2 日收到; 2021 年6 月3 日收到修改稿)

1 引 言

锂离子电池自商业化以来, 因具有相对较高的比能量、良好的倍率性能和有效的循环稳定性而得以迅速发展, 并广泛应用于便携式电子产品、电动汽车和航空航天等领域[1-5]. 随着大规模储能应用和技术的迅速发展, 当前的锂离子电池已经不能满足日益增长的对能量密度的要求, 研发更高能量密度的下一代锂离子电池至关重要[6,7]. 电极材料在电池的电化学行为中起着关键的作用, 其中第一个商业化的 LiCoO2正极和碳负极仍然主导着锂离子电池领域[8-10]. 但是, 与已开发的可逆容量超过1000 mA/g 且循环稳定性和低成本的硅/碳复合负极材料相比[11,12], 层状LiCoO2正极实际上只能提供约150 mA/g (其理论比容量可以达到275 mA/g)[9,13]. 此外, 地球上钴源的稀缺性导致LiCoO2材料的高成本, 也限制了它在电动汽车中的应用.

在过去的几十年中, 开发高容量、低成本且具有持久的循环寿命以及优异的充放速率和安全性能的正极材料一直是锂离子电池研究的重要方向.在众多的正极候选材料中, 层状过渡金属氧化物,包括Li(NixCoyMn1–x–y)O2(即NCM 三元材料) 和富锂的Li1+z(Mn1–xMx)1–zO2(M= Ni, Co, Ru, Sn等)[14-16], 尖晶石型的LiM2O4(M= Ni, Mn)[17,18]和橄榄石型的LiMXO4(M= Fe, Mn, Co;X=P, Si)[19-21]正极材料得到了特别的重视. 富锂三元层状氧化物正极材料, 由于其高于300 mA/g 的比容量, 大于1000 W·h/kg 的能量密度以及丰富锰源带来的低成本, 被认为是下一代锂离子电池中最具有应用前景的正极材料之一……