上科大物质学院刘巍课题组在富锂高压正极材料研究中取得重要进展

正极材料对锂离子电池的性能起着非常重要的作用。其中，富锂层状正极材料具有250mAh/g以上的比容量和较高的充放电平台，有望提高锂离子电池的能量密度，满足电动汽车和智能电网的需求。

然而，当富锂层状正极材料的充电电压达到4.5 V以上时，晶格氧发生不可逆的释放，同时过渡金属占据原来锂脱出留下的锂位点，导致充电过程中脱出的锂在放电过程中不能完全回嵌，因此富锂层状正极材料存在较大的不可逆容量损失。

同时，由于过渡金属的迁移和晶格氧的释放导致材料发生相变，由原来的层状结构转变成了尖晶石相，材料的循环性能和倍率性能也发生衰减。

针对上述问题，近期上海科技大学物质学院刘巍课题组开发出铁（Fe）和氯（Cl）共掺杂的富锂层状正极材料，相对于未掺杂和单元素掺杂具有更高的比容量和结构稳定性。

Fe和Cl的掺杂扩大了锂层间距，促进了锂离子的扩散，因此提高了材料的倍率性能。另外，Fe和Cl的掺杂增强了阴阳离子之间的结合能，减少了不可逆的氧释放，因此有利于提高材料的首次库伦效率，减缓电压衰减，增强材料的循环稳定性。

图 | 富锂材料中阴阳离子共掺杂的过程及其作用机理示意图

同时，由于Fe这种金属元素来源丰富，可以兼顾价格低廉和绿色环保，具有较大的应用前景。该成果以 “Cation/anion codoped and cobalt-free Li-rich layered cathode for high-performance Li-ion batteries”为题发表于国际知名学术期刊Nano Letters。

上海科技大学物质学院刘巍课题组2019级博士研究生聂璐为该论文的第一作者，刘巍教授为通讯作者，上科大为唯一完成单位。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和上科大物质学院电镜中心的大力支持。