MnO₂具有低成本、高容量等优点，是锂离子、钠离子、镁离子、锌离子电池等多种电池的正极材料。然而，MnO₂正极的实际应用受到一些关键问题的限制，如电子导电率低、放电深度利用率低、扩散动力学缓慢、循环时结构不稳定等。通过/不通过结构重构将离子/分子预嵌插到晶体结构中，可有效缓解这些问题。

有鉴于此，北京大学深圳研究生院潘锋教授综述了预嵌插策略在提高MnO₂正极材料的电子导电性、激活更多的活性中心、促进扩散动力学、稳定结构完整性等方面的内在优势和作用机理。

文章要点

1）作者首先总结了一些制备预插层MnO₂材料的常规合成方法。MnO₂基材料的预插层方法有几种，包括水热合成法、煅烧处理法、离子交换法、水/有机界面反应法、电沉积法等，其中典型的预插层方法有：水热合成法、煅烧处理法、离子交换法、水/有机界面法、电沉积法等。

2）正极材料的本征电子/离子电导率通常被认为是MnO₂材料电化学电荷存储的关键参数，这与材料的电子结构密切相关。MnO₂是一种低电导率的宽禁带半导体。为了优化MnO₂的本征电导率，人们开发了一些策略，包括过渡金属掺杂、缺陷工程、预嵌插等。由于MnO₂的电子结构优化，预嵌插被认为是提高其电子/离子导电性的最有效的方法之一。

3）MnO₂材料作为电池和超级电容器的正极材料已经得到了广泛的研究。而预嵌插能有效地增加MnO₂电荷储存的电化学“活性中心”密度，从而提高电池/超级电容器的容量/容量。这一“活性位点”是电池中电荷扩散和储存以及超级电容器中氧化还原/插入型赝电容的电化学活性结合位点的统称。

4）作者总结了促进MnO₂扩散动力学的研究进展，包括：促进MnO₂本征扩散动力学的策略，为了减少载流子离子和阴离子骨架之间的静电相互作用，引入结晶水的电荷屏蔽效应，以及扩大层间间距等。

5）结构不稳定性（包括Mn^3+/2+的溶解和相变）被普遍认为是MnO₂基正极在各种电池应用中容量衰减问题的主要原因，包括锂离子电池、水系M离子电池(M=Li，Na，Mg和Zn等)，碱性锌电池等。这种结构不稳定性主要是由于载流子离子插入到MnO₂材料的隧道/夹层中而形成的Mn³⁺离子所致。基于此，作者重点总结了预插层在充放电过程中对稳定MnO₂结构完整性的作用，包括：预插层降低锰氧化物中Mn²⁺的溶解，隧穿/层状MnO₂相变的起源，预插层策略对隧道型MnO₂结构的稳定作用，以及预插层策略对层状MnO₂结构的稳定作用等。

6）作者最后对基于预嵌插策略的下一代电池高性能MnO₂正极材料的设计进行了展望。

Qinghe Zhao, et al, Preintercalation Strategy in Manganese Oxides for Electrochemical Energy Storage: Review and Prospects, Adv. Mater. 2020

DOI: 10.1002/adma.202002450

https://doi.org/10.1002/adma.202002450