一步法无粘结剂快速合成高熵氧化物负极材料及其在锂离子电池中的应用

为解决高熵氧化物(HEOs)规模化合成与成分优化的关键挑战，研究人员采用溶液前驱体等离子喷涂(SPPS)技术，成功制备了六组分FeCoNiCuZnMgO1?x 负极材料。该材料具有岩盐结构单相和丰富氧空位，初始放电容量达820.1 mAh g?1 ，220次循环后容量保持率55.5%，且展现出优异的倍率性能（2 A g?1 下247.3 mAh g?1 ）。该研究为高熵氧化物的工业化应用提供了新思路。

　　

随着新能源汽车需求的激增，锂离子电池(LIBs)因其卓越的储能能力成为研究热点。然而，传统石墨负极的理论容量仅为372 mAh g^?1
，硅基负极又面临体积膨胀(~400%)和导电性差的瓶颈。高熵氧化物(HEOs)因其熵驱动的结构稳定性和可调电化学性能被视为下一代负极材料，但现有合成方法存在能耗高、周期长、成分不均等问题。

针对这一挑战，国内研究人员在《Next Materials》发表研究，创新性地采用溶液前驱体等离子喷涂(SPPS)技术，在钛基底上一步法无粘结剂制备了六组分FeCoNiCuZnMgO_1?x
高熵氧化物。通过X射线衍射(XRD)和透射电镜(TEM)证实其形成单相岩盐结构，X射线光电子能谱(XPS)和拉曼光谱显示氧空位浓度达36.02%，显著高于固相法合成的22.41%。电化学测试表明，该材料初始放电容量达820.1 mAh g^?1
，220次循环后容量保持455.2 mAh g^?1
，且在2 A g^?1
高倍率下仍保持247.3 mAh g^?1
的容量。

关键技术包括：1）SPPS工艺（等离子功率35 kW，前驱体浓度0.1 M）；2）岩盐结构表征（XRD/TEM）；3）氧空位定量分析（XPS深度剖析）；4）半电池组装（电解液为1 M LiPF₆
的EC+DEC+EMC混合溶液）。

3. 结果与讨论
3.1 结构特征
XRD显示SPPS-HEO呈现典型岩盐结构（PDF#77–2365），而固相法(SS-HEO)样品存在Cu_1.02
ZnNi_3.27
O_5.29
等杂相。拉曼光谱中550 cm^?1
和1100 cm^?1
特征峰证实SPPS-HEO具有更高结构无序度。

3.2 元素状态与形貌
XPS显示SPPS-HEO中Fe2?/3?、Co2?、Ni2?等多价态共存。扫描电镜(SEM)显示其颗粒尺寸均匀（200-300 nm），能谱(EDS)证实七种元素分布均匀，而SS-HEO存在明显团聚。

3.3 电化学性能
循环性能测试表明SPPS-HEO容量保持率（55.5%）优于SS-HEO（48.3%）。电化学阻抗谱(EIS)计算得出其锂离子扩散系数(2.37×10^?18
cm²
s^?1
)比SS-HEO高一个数量级。

4. 结论
该研究开创性地将SPPS技术应用于HEOs制备，通过氧空位调控和岩盐结构设计，实现了高性能、可规模化生产的锂电负极材料。其"鸡尾酒效应"（多金属氧化还原协同）和熵稳定框架为解决传统负极循环稳定性难题提供了新范式，为实验室成果向产业化转化搭建了桥梁。