综述:实现全固态电池中富锂锰基正极材料的高容量:问题与机遇

【字体: 时间:2025年06月13日 来源:Materials Today 21.1

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  (编辑推荐)本综述聚焦全固态电池(ASSBs)与富锂锰基正极(LRM)的结合,系统探讨了其高容量优势与现存挑战(如动力学迟缓、界面反应复杂等),并提出多尺度改性策略,为设计高能量密度(>500 Wh kg?1 )LRASSBs提供理论指导。

  

Abstract
高能量密度全固态电池(ASSBs)被视为下一代储能系统的核心方向,而富锂锰基正极(LRM)因其超高容量(>250 mAh g?1
)和阴离子氧化还原特性成为研究热点。然而,LRM在ASSBs中面临动力学迟滞、界面副反应和循环衰减等关键问题,其实际容量远低于理论值。本文从材料本征特性、界面调控和复合电极设计三方面解析容量失效机制,并提出跨尺度优化方案。

Introduction
传统液态锂电池(LIBs)受限于易燃电解液和低能量密度(<450 Wh kg?1
),而ASSBs采用固态电解质(SSEs)可兼容锂金属负极与高容量正极。LRM凭借独特的Li2
MnO3
相与阳离子/阴离子协同氧化还原反应,在ASSBs中展现出853 Wh kg?1
的潜力。但LRASSBs的首次库伦效率(ICE)低下、电压衰减等问题亟待解决。

Recent Progress of LRASSBs
目前LRASSBs已尝试硫化物(LPSCl)、氧化物(LLZO)和卤化物(LIC)等多种SSEs。硫化物电解质(如Li10
GeP2
S12
)虽离子电导率高(10?2
S cm?1
),但易与LRM发生界面反应;氧化物SSEs(如Li7
La3
Zr2
O12
)化学稳定性优异,但刚性界面接触差导致电荷传输受阻。

Capacity Mechanisms and Issues
LRM的容量源于Li2
MnO3
相活化与过渡金属(Ni/Mn)氧化还原。在ASSBs中,固态界面限制了Li+
扩散,且高电压(>4.5 V vs. Li+
/Li)诱发SSEs分解,导致不可逆容量损失。

Multiscale Strategies

  1. 材料层面:通过表面包覆(如LiNbO3
    )抑制Li2
    MnO3
    相分解;
  2. 界面层面:构建梯度缓冲层(如Li3
    InCl6
    )缓解化学不相容性;
  3. 电极层面:优化复合电极孔隙率提升离子/电子传导网络。

Summary and Outlook
未来需开发兼具高离子电导率与界面稳定性的新型SSEs,并借助原位表征技术揭示LRM在ASSBs中的动态演化机制。通过多学科交叉设计,LRASSBs有望突破500 Wh kg?1
的实用化瓶颈。

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