由于对降低正极材料中昂贵Co和Ni元素的迫切需求，富锰层状氧化物作为可充电锂离子电池的潜在正极更具吸引力。尽管人们对富镍正极中的Co和Ni效应已经进行了详细的研究，但对Co和Ni替代对富Mn层状阴极的结构和电化学性能的影响还缺乏基本的认识。

基于此，北京大学深圳研究生院潘锋教授，张明建报道了设计了三种未开发的富Mn含量（0.78）的典型富锰层状氧化物Li_0.7Mn_0.78Co_0.22O₂（LMCO）、Li_0.75Mn_0.78Co_0.11Ni_0.11O₂（LMCNO）和Li_0.74Mn_0.78Ni_0.22O₂（LMNO），研究了Co、Ni掺杂对富锰正极结构稳定性和电化学性能的影响。

文章要点

1）对比结构分析和电化学测试结果发现，Co取代的LMCO具有过高的晶格氧活度，在高电荷态下存在严重的氧损失和相分离，导致循环过程中不可逆的向尖晶石相转变，并在一次粒子中产生大量微裂纹。

2）相比之下，Ni的引入导致了TM₂Li-O-NiLi₂(TM：过渡金属)和TM₃-O-NiLi₂的层间Li/Ni混合和独特的局域氧构型，有效地抑制了高电位下的晶格氧损失和相分离，提高了阴离子骨架的结构稳定性，从而获得了优异的电化学性能。

研究工作不仅是对Co、Ni和Mn基层状正极元素化学的重要补充，而且突出了在未来的商业可充电LIBs应用中实现高能量密度的无Co富Mn层状正极的潜力。

参考文献

Weiyuan Huang, et al, Revealing Roles of Co and Ni in Mn-Rich Layered Cathodes, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202102646

https://doi.org/10.1002/aenm.202102646.