Advanced Materials:预嵌入策略助力锰氧化物正极材料电化学储能

MnO2由于成本低廉、较高的理论容量等优点被作为多种离子电池正极宿主材料而广泛研究,但MnO2材料低电导率、低可逆放电容量、缓慢的扩散动力学和较差的循环稳定性,限制了产业化应用潜力。为了解决这些问题,研究者提出多种性能优化策略,包括金属掺杂、包覆、预嵌入、超浓电解液等。其中,“预嵌入策略”是一种通过晶体结构调控正极材料本征电化学性能的有效策略,被广泛应用于钒酸盐、二维过渡族金属硫化物、硒化物等电极材料之中。然而,关于“预嵌入策略”调控MnO2晶体结构及电化学性能之间关系的研究少有人总结归纳。

北京大学潘锋教授课题组针对MnO2正极材料性能预嵌入的优化机制及未来研究发展进行综述和展望,希望能对未来二次电池锰氧化物正极高性能材料开发有所助益。

在这篇综述文章中,作者总结了预嵌入策略在MnO2正极材料应用的作用,包括提高电子/离子电导、促进激活反应活性位点、提高扩散动力学、和提高电化学过程中材料晶体结构的稳定性。

作者也针对预嵌入策略所面临的一些挑战,提出了自己的展望。首先,对于具有大量预嵌入阳离子的MnO2材料,预嵌入阳离子与插入的载流子离子之间的静电排斥会阻碍载流子离子的扩散,使得材料性能下降;其次,在某些预嵌入的MnO2正极中,不可避免地会在循环过程中将预嵌入的阳离子/分子从主体结构中提取到电解质中,使得预嵌入失去作用。最后,尽管增强了电化学性能,但在实际应用中必须考虑预嵌入策略的额外成本。

研究者相信,该综述能对未来二次电池锰氧化物高性能正极材料开发有所启发和助益。相关论文在线发表在Adv, Mater. (DOI: 10.1002/adma.202002450)上。