过量锂氧化物正极由于其积累的阳离子和阴离子氧化还原活性而具有高容量，因此受到越来越多的关注。然而，过量锂的层状氧化物由于不可逆相变而导致容量和电压衰减，而阳离子无序正极也存在循环稳定性和倍率性能差的问题。具有层状无序共存纳米结构的岩盐氧化物可以结合两种相的优点，例如过量锂氧化物固有的高容量、层状相良好的倍率性能以及共生无序相带来的结构稳定性。

近日，中国科学院上海硅酸盐研究所Wujie Qiu，Jianjun Liu通过将过量锂正极材料中的阳离子占据无序程度与离子半径和电子构型相关联，开发了一种描述符，使得预测层状、无序和共存结构成为可能。

文章要点

1）为了验证该描述符的准确性，通过合理设计合成了一系列Li_1.2Ni_0.4Mn_0.4−aNb_aO₂ (0 < a < 0.4)化合物，分别产生了层状、无序和层状无序共存的三种不同结构。预测结果与实验结果一致，证明了描述符的可靠性。

2）具有层状无序共存结构的Li_1.2Ni_0.4Mn_0.2Nb_0.2O₂材料表现出312 mAh g⁻¹的高容量。多种表征技术（XRD、TEM、EDS、XPS等）结合第一性原理计算揭示了其循环过程中的结构演化、氧化还原反应行为和锂离子迁移动力学等。结果表明，Li_1.2Ni_0.4Mn₀.₂Nb_0.2O₂阴极与单独的层状和无序结构相比，具有层状无序共存纳米结构的具有更好的结构稳定性和倍率性能。

成分预测结构的设计原理为过量锂正极材料的可控设计和制备提供了有价值的策略。

参考文献

Qinwen Cui, et al, Structural Design Principle of Rocksalt Oxides for Li-Excess Cathode Materials, ACS Nano, 2024

DOI: 10.1021/acsnano.3c10193

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c10193