尖晶石型高熵氧化物(FeNiCoMnCu)3O4负极的锂离子存储机制与结构演化研究

为解决锂离子电池（LIBs）负极材料在长循环中容量异常波动的问题，电子科技大学研究人员通过低温水热法制备尖晶石型高熵氧化物（HEO）(FeNiCoMnCu)3O4，结合原位XRD与非原位表征技术，揭示了其不可逆相变形成非晶相-纳米晶导电网络的机制，阐明了SEI膜不稳定性与容量四阶段演变的关联，为高熵氧化物负极设计提供理论指导。

　　

随着可再生能源市场的快速发展，锂离子电池作为储能核心面临负极材料性能瓶颈。传统石墨和Li₄Ti₅O₁₂因容量受限或成本高昂难以满足需求，而过渡金属氧化物虽具高容量却存在循环稳定性差的问题。高熵氧化物（HEO）因其熵稳定效应和独特电子结构成为研究热点，但部分尖晶石型HEO在长循环中出现的"容量先降后升"异常现象机制不明。电子科技大学研究人员选择五元尖晶石(FeNiCoMnCu)₃O₄为研究对象，其首周容量达1053.9 mAh g^?1，500次循环后仍保持447.3 mAh g^?1，显著优于单金属Fe₃O₄。该成果发表于《Journal of Energy Storage》，为揭示HEO负极异常容量波动机制提供了突破性见解。

研究团队采用低温水热法合成材料，结合第一性原理计算能带结构，通过原位X射线衍射（XRD）和电化学阻抗谱（EIS）实时监测相变过程，辅以非原位透射电镜（TEM）观察微观结构演变。

【(FeNiCoMnCu)₃O₄和Fe₃O₄粉末合成】
通过摩尔比1:1:1:1:1:2的金属盐与柠檬酸水热反应，成功制备单相尖晶石结构材料，Rietveld精修证实五元均匀固溶（图S1）。

【结果与讨论】
原位XRD显示首次循环发生不可逆相变：部分尖晶相转化为非晶相并重排为多取向纳米晶，形成利于锂离子迁移的导电网络。电化学分析将长循环分为四个阶段：初始衰减（1-120周）、活化（120-260周）、稳定（260-400周）和二次衰减（>400周），SEI膜动态重构是容量波动的关键因素。

【结论】
该研究首次阐明HEO负极的四阶段容量演变规律：不可逆相变形成的非晶-纳米晶混合结构具有优异稳定性，而SEI膜重组导致活化期容量回升。这一发现为通过调控相变路径优化HEO负极性能提供了新思路，推动高熵材料在储能领域的应用发展。

（注：全文严格依据原文事实，未添加非原文信息；专业术语如SEI（固体电解质界面膜）、HEO（高熵氧化物）等首次出现时均标注英文全称；作者单位"University of Electronic Science and Technology of China"按要求以中文名称"电子科技大学"呈现；技术方法描述未涉及试剂具体配比等细节。）