近日，我?；瘜W與材料科學學院尚懷芳老師與北京大學夏定國教授團隊合作，在國際上首次提出了通過自旋狀態的調制抑制富鋰錳基正極材料的電壓滯后問題。研究成果以題為“Regulating the Potential of Anion Redox to Reduce the Voltage Hysteresis of Li-Rich Cathode Materials”發表在《美國化學會志》(J. Am. Chem. Soc.)上（SCI一區，影響因子：16.383）。尚懷芳老師在這一發現的實驗合成和數據分析方面作了重要貢獻，為該論文的共同第一作者。該研究成果得到了國家自然科學基金項目和中科院國際教育合作項目的資助。

電壓滯后的特征體現在材料的充放電曲線不重疊，或者說材料的能量效率達不到100%，而富鋰錳基材料的能量效率只有85%，這代表充放電過程中會發生大量的能量損耗，這部分能量一般都以熱能的形式釋放，因此對材料的安全性能會有非常重要的影響。目前，對于富鋰錳基材料的電壓滯后改性工作還未見報道。我校尚懷芳老師與北京大學夏定國教授團隊合作，首次通過調節過渡金屬的自旋電子結構成功改善了富鋰正極材料的電壓滯后問題。

該研究受OER催化劑機制啟發，設計合成了兩種分別具有高低自旋態的釕酸鋰正極材料，成功證明這兩種相中過渡金屬處于不同的自旋態。進一步通過理論計算結合分子軌道理論表明，孤立e_g電子一方面由于J-T畸變可以縮短過渡金屬與氧的間距提高共價性，另一方面由于e_g電子和氧p電子具有極其類似的軌道對稱性，因此，可以讓陰離子反應的平臺發生下降從而改善了電壓滯后現象。通過調節過渡金屬的自旋態形成孤立e_g電子降低了陰離子電荷補償的平臺并且將富鋰正極的能量效率提高到93%。該研究結果不僅揭示了電壓滯后的本質，而且對設計和制備高能量密度的層狀富鋰正極材料具有重要的指導意義。

全文連接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c11640

（來源：科技部、化學與材料科學學院）