北京大学在《先进材料》发表研究成果，为无钴LRMO材料在未来电网规模储能及电动汽车等产业中的应用提供了重要支撑

积然而，无钴富锂锰基材料在实际应用中存在动力性能下降的问题，主要导致容量衰减和倍率性能变差，其根本原因包括：1)高电压（gt；4.5v）下过渡金属（tm）迁移导致结构无序；2) 逆不可氧化还原反应引发氧释放及由层状结构向尖晶石相转变；3) 界面电位迁移速率缓慢以及电子/离子导电性确定。

新材料学院潘锋教授团队对富锂锰基材料的电位机制进行了深入研究，发现高电位循环过程中过渡金属的迁移与溶解是影响其电位性能的关键因素之一（Nature，2022，606，3尤其在高倍率条件下，过渡金属的溶解主要集中在材料颗粒表面，从而引发更严重的表面结构相变（由层状结构向岩盐相变），使得性能衰减较之低倍率循环显着增强。这一问题严重否定了富锂锰基材料在高倍率应用场景中的推广（Small，2023， 19， 2301834）。

基于前期研究成果，北京大学潘锋团队进一步揭示富锂锰基材料动力学缓慢的根本原因在于高电压下过渡金属（TMs）迁移所引起的结构无序以及由此产生的不可逆氧氧化还原过程针对此问题，研究团队创新地在材料表面晶格中引入Na⁺/F⁻进行调节，最终不仅提高了电压电压，还在软包电池中实现了优异的循环稳定性和倍率性能（在5C倍率下容量可达约150mAhg⁻1）。

Na⁺/F⁻掺杂在增强动力学性能和维持长期循环结构稳定性方面的攻略

通过理论模拟分析，研究团队深入探究结果显示：Na⁺/F⁻共掺杂显着提升了Li-O-Li构型中氧空位的形成能（从3.87eV提高至3. 91eV），并明显增加了过渡金属沿c方向轴的迁移势。此外，Na⁺碱金属层有效降低了Li⁺扩散的能垒（由0.24eV降至0.17eV），而F⁻取代晶格氧则通过感应Jahn-Teller效应显着增强了材料的电子导电性。研究表明，Na⁺/F⁻在解除富锂氯化镁动力学限制方面表现出四重良好机制：1)荧光素氧空位生成；2) 荧光素缓冲液金属迁移；3) Li⁺扩散速率；4) 提升电子能力。这些成果为未来无钴LRMO材料电网在储能和电动汽车等领域的广泛应用提供了坚固的理论和技术支撑。

相关研究成果以“Unleashing the Kinetic Limitation of Co-Free Li-Rich Mn-Based Cathodes via Ionic/Electronic Dual-Regulation”为题发表在材料科学领域权威期刊《先进材料》(Advanced Materials，DOI： 10.1002/adma.202504642)。

Na⁺/F⁻共掺杂实现四效合一，大幅提升无钴富锂锰基材料的动力学性能

本研究由潘锋教授指导完成，北京大学深圳研究生院新材料学院大学生硕士王凯、南方科技大学博士生储有奇为论文共同第一作者，深圳大学胡江涛副教授（原潘锋团队博士生）、南方科技大学曾林副教授、北京大学材料学院李彪研究员为通讯共同作者。得到了国家自然科学基金、电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心、广东省新能源材料设计与计算重点实验室以及深圳市新能源材料基因组制备和检测重点实验室的大力支持。

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