为了满足高能量和高功率密度锂离子微电池日益增长的需求，过锂Li_1+xMn₂O₄（0≤x≤1）由于296mAh g−1的高理论容量和互连的锂-离子扩散途径而成为一种有吸引力的正极候选材料。然而，由于Jahn-Teller畸变，过度锂化会引发不可逆的立方-四方相变，导致容量快速下降。与传统的锂离子电池相比，微电池提供了开发特定薄膜改性策略的机会。

在这里，特温特大学Mark Huijben提出了异质界面晶格应变，通过在下面的 SrRuO₃ (SRO) 电子导体层上外延薄膜生长来稳定过度锂化的 Li_1+xMn₂O₄ (LMO) 阴极的尖晶石晶体框架。

文章要点

1）结果表明，LMO/SRO 异质界面处的晶格失配导致整个 LMO 薄膜中出现面内外延约束。这抑制了通常发生在面内方向的过锂化过程中的晶格膨胀。通过密度泛函理论建模提出，外延约束可以适应过锂化过程中源自立方-四方转变的内部晶格应力。

2）通过在具有完全可逆相变的 LiMn₂O₄ 外延阴极中可逆地嵌入第二个锂离子，可以实现容量加倍。在 4 V 和 3 V 范围内，可逆容量保持率分别高于 90.3% 和 77.4%，从而获得令人印象深刻的循环稳定性。

这为高性能微电池的稳定过锂Li_1+xMn₂O₄外延阴极提供了有效的策略。

参考文献

Jie Zheng, et al, Stabilizing Crystal Framework of an Overlithiated Li1+xMn2O4 Cathode by Heterointerfacial Epitaxial Strain for HighPerformance Microbatteries, ACS Nano, 2023

DOI: 10.1021/acsnano.3c08849

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c08849