在锂离子电池诞生的这几十年以来，插层化学（也叫嵌入化学）一直在电化学储能中占据着主导地位。目前全球的电化学储能能力已经达到太瓦时（1000GWh数量级）的水平。当前广泛应用的锂离子电池的储能机制仍然围绕过渡金属阳离子的氧化还原及其伴随的锂离子嵌入脱出而展开，不过近年来研究人员们发现通过激活阴离子氧化还原可以显著提高电池的能量密度。在固相状态下能够展现出阴离子氧化还原能力的多样化合物为新一代正极材料的开发提供了机遇。最近，英国沃里克大学Louis F. J. Piper, 美国加州大学圣芭芭拉分校Anton Van der Ven 以及加州大学圣地亚哥分校的孟颖教授等发表综述文章，对3d过渡金属层状氧化物正极材料中的阴阳离子氧化还原行为进行了总结概述。

本文要点

1） 文章首先总结了目前文献中报道的各类阴离子氧化还原的机制以及在阴离子氧化还原过程中过渡金属层状氧化物正极中可能伴随的动力学路径。

2） 文章从原子尺度和介观尺度两个层面讨论了结构变化对于阴离子氧化还原的关键作用并分析了这些变化对于电化学性能可能造成的影响。

3） 文章强调需要通过多种表征手段和理论计算相结合的方法来实现对过渡金属层状氧化物正极体相结构和电极-电解质界面的演化过程的研究。作者还基于对电化学反应原理的理解探讨了成分设计、表面保护、结构控制等策略对促进阴离子氧化还原的效果。

参考文献

Minghao Zhang, Daniil A. Kitchaev, Zachary Lebens-Higgins, Julija Vinckeviciute, Mateusz Zuba, Philip J. Reeves, Clare P. Grey, M. Stanley Whittingham, Louis F. J. Piper, Anton Van der Ven & Y. Shirley Meng, Pushing the limit of 3d transition metal-based layered oxides that use both cation and anion redox for energy storage, Nature Reviews Materials, 2022

DOI: 10.1038/s41578-022-00416-1

https://www.nature.com/articles/s41578-022-00416-1