近年來，鋰離子電池廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域。與傳統(tǒng)鋰離子電池正極材料相比，單位質(zhì)量富鋰錳基正極材料中有更多的鋰離子參與能量存儲。

外延尖晶石穩(wěn)定層和硫摻雜機(jī)制示意圖。（圖片來源：中科院）

然而，在電池反應(yīng)過程中，由于應(yīng)力積累和晶格氧損失，富鋰錳基材料中會出現(xiàn)一些微裂紋。過渡金屬離子遷移會導(dǎo)致材料相變和其他有害的副反應(yīng)，影響電池的性能。如何在電池循環(huán)過程中有效避免這些不良因素，是提高材料性能的關(guān)鍵。

據(jù)外媒報道，中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究所的研究人員制備了高性能正極材料，可用于富鋰錳基鋰離子電池。

趙邦傳研究員課題組在富鋰錳基材料表面同步進(jìn)行硫摻雜和共格尖晶石相（coherent spinel phase）的原位生長，并結(jié)合氧空位優(yōu)化策略來制備材料。

在電池循環(huán)過程中，與內(nèi)部層狀相共格的外延尖晶石包覆層，可以有效避免電解質(zhì)與活性物質(zhì)直接接觸，并提供適合鋰離子擴(kuò)散的三維通道。

此外，硫摻雜可以擴(kuò)大表面層狀相材料的晶面間距，降低材料中電荷轉(zhuǎn)移的能壘。硫與過渡金屬元素之間形成的化學(xué)鍵，還可以調(diào)節(jié)不可逆陰離子氧化還原反應(yīng)，從而穩(wěn)定材料結(jié)構(gòu)。

紐扣電池和軟包全電池的電化學(xué)性能。（圖片來源：中科院）

與此同時，硫摻雜誘導(dǎo)出的氧空位，也可以抑制表面活性氧損失，保護(hù)體相結(jié)構(gòu)的完整性。

通過對材料表層進(jìn)行多功能改性，這種富鋰錳基材料具有優(yōu)異的性能，特別是循環(huán)性能。經(jīng)過600次循環(huán)后，紐扣電池的容量保持率可以達(dá)到82.1%，使用商用石墨負(fù)極組裝的軟包全電池的能量密度可以達(dá)到604 Wh kg-1，經(jīng)過140次循環(huán)后的容量保持率為81.7%。

這項工作為進(jìn)一步改進(jìn)富鋰錳基材料提供了參考。