随着国家“双碳”战略深入实施，包括新能源、新材料在内的战略性新兴产业正加快发展，新能源汽车、光伏技术等产业链也带动了锂离子电池产业规模不断扩大。正极材料是决定锂离子电池性能的关键材料之一，其性能和价格对锂离子电池产业影响较大。高比能量、安全稳定的正极材料是近年来的研究热点，我们团队2023年初分别在Energy Storage Materials和Small权威期刊上发表了两篇论文。

第一作者：阮挺婷

通讯作者：阮挺婷，李如宏

发表期刊：Energy Storage Materials

期刊Impact Factor：20.831

通讯单位：我校，浙江大学

论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2022.12.021

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图1.聚阴离子正极Li3V2(PO4)3充放电过程中的非对称反应路径

聚阴离子型材料Li3V2(PO4)3具有较高的理论容量（~200 mAh g-1）和较高的工作电压（4.1 V），是最具潜力的锂离子电池正极材料之一。然而，高压下严重的容量衰减和结构不稳定限制了其实际应用。本文系统研究了Li3V2(PO4)3在多电子交换条件下脱锂/锂化过程中的结构演化过程、氧化还原中心及其电荷补偿机制、离子输运方式、动力学特性，并开发了相场模型来解释其充放电过程中的相变和固溶体行为。本文的研究结果为进一步研究多电子反应正极材料提供了有价值的基础。

图2.锂离子脱出过程中的多电子反应机制

图3.锂离子输运路径与机制

本文通过使用实验和理论方法以及电化学技术，对典型聚阴离子型正极的插层化学和动力学进行了详细研究。我们理论上预测了Li3V2(PO4)3的中间相构型、Li+离子的提取顺序以及相应的电荷补偿机制和离子传输模式，与实验结果吻合良好，而充电/放电过程之间的不对称反应途径可归因于结构中Li+离子提取引起的电子结构扰动，导致Li-空位无序型固溶体反应过程。此外，我们采用电分析技术结合适当的物理模型来识别脱锂/锂化动力学和氧化还原途径，作为理论预测的重要补充。这项工作不仅让我们更好地了解传统聚阴离子正极材料的插层化学，也为揭示未来潜在电极材料的插层化学提供了参考。

第一作者：徐喜连博士

通讯作者：曹澥宏教授

发表期刊：Small

期刊Impact Factor：15.153

第一单位：我校

通讯单位：浙江工业大学

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202207517

-------------------成果简介------------------------

水系锌离子电池因其较高的理论能量密度、低成本、高安全性和环境友好等优势，在大范围能源储存领域展示出巨大应用潜力。目前，研究较多的锌离子电池正极材料包括锰基氧化物、钒基化合物、普鲁士蓝及其类似物、导电聚合物等。其中，锰基氧化物因其理论比容量高、晶型多样、成本低、制备工艺成熟等优点受到研究者的广泛关注。然而，不可逆的结构转变、溶解和固有的低导电性等问题，使其在锌离子电池中的应用面临巨大挑战。为了改善锰基氧化物的性能，碳包覆因其能够提高电极导电性、抑制锰溶解和体积改变，被认为是最有效的方法之一。

图1.δ-MnO2-C NA/CC电极制备过程示意图

图2.δ-MnO2-C NA/CC电极结构优势示意图、循环性能图及点亮LED灯照片

基于此，我们和浙江工业大学曹澥宏教授联合报道了一种新型的自支撑δ-MnO2-C NA/CC阵列正极。该电极材料是以2D ZIF-L纳米片阵列为模板、高锰酸钾为锰源，通过水热法，借助MOF配体和高锰酸钾的氧化还原反应制备获得（图1）。纳米片阵列、碳骨架和MnO2纳米晶构筑的结构赋予该电极大的电极-电解液接触面积、高的导电性和丰富的活性位点，同时碳骨架能够抑制MnO2溶解、缓解体积变化，因此该电极展示出优异的电化学性能，特别是超长循环稳定性（在4.0 A g−1电流密度下，循环50000圈后容量保持率高达90.4%，图2）。理论计算也证实，MOF该杂化电极快速的电化学动力学源于其高的导电性、强的锌离子相互作用和低的锌离子迁移位垒。此外，组装的柔性Zn NS//δ-MnO2-C NA电池同样展示出优异的储锌性能和机械柔韧性，表明该电极材料在柔性可穿戴器件中具有一定的应用潜力。该工作能够为高性能电极材料的设计和制备提供理论借鉴和实验参考，有望推动锌离子电池的发展及其在柔性可穿戴储能器件中的推广应用。

作者：阮挺婷 徐喜连 初审：吴元锋 终审：路胜利