LiMnO₂电极可取代电动汽车电池中的Ni/Co电极

锂离子(Li-ion)电池是充电电池领域的重量级产品。随着电动汽车在世界范围内越来越普及，利用丰富的锰(Mn)的高能量、低成本电池可以成为一种可持续的选择，实现商业化并在汽车行业得到应用。

目前，用于驱动电动汽车(EV)的电池以镍(Ni)和钴(Co)为基础，这对于日益增长的电动汽车需求的社会来说既昂贵又不可持续。

通过将正极材料转换为锂/锰基材料，研究人员的目标是保持镍/钴基材料的高性能，同时实现低成本、可持续的变化。

研究人员于2024年8月26日在ACSCentralScience上发表了他们的研究成果。

锂离子电池并不是可充电电子产品领域的新宠，但总有办法创新和改进已经可靠的方法。LiMnO2作为电极材料在过去曾被研究过，但一直受到电极性能限制的限制。

“通过对不同LiMnO2多晶型的系统研究，发现单斜层状畴有效地激活了向尖晶石相的结构转变。根据这一发现，利用简单的固态反应直接合成了具有单斜层状畴结构和高表面积的纳米结构LiMnO2，”该研究的作者兼研究员NaoakiYabuuchi说道。

单斜晶系是指固体晶体结构的群对称类型。具有单斜对称性的Li/Mn排列似乎是使LiMnO2成为正极材料可行选择的关键。

如果没有单斜晶域允许的结构相变，那么由于LiMnO2的晶体结构不理想以及伴随的相变，电极性能就会受到限制。

在观察和测试了各种同质异形体后，确定所需的结构可以直接从两个组件合成，而无需使用中间步骤。所得材料可与镍基层状材料相媲美，并具有出色的快速充电能力，这对于电动汽车来说是必不可少的。

通过简单的煅烧工艺合成了具有单斜层状畴的纳米结构LiMnO2，​​产品的能量密度高，达到820瓦时每千克(Whkg-1)，而镍基层状材料的能量密度约为750Whkg-1，其他低成本锂基材料的能量密度约为500Whkg-1。

目前还没有报道过使用纳米结构LiMnO2会出现电压衰减，这在锰基材料中很常见。

电压衰减是一种电压逐渐降低的现象，随着时间的推移，电子设备的性能和响应能力会降低。然而，对于纳米结构LiMnO2(本研究的对象)而言，这似乎不是一个可观察到的问题。

虽然结果令人鼓舞，但可以观察到一个实际问题：锰的溶解。随着时间的推移，锰会因多种因素而溶解，例如相变或与酸性溶液反应。幸运的是，通过使用高浓度电解质溶液和磷酸锂涂层可以抑制或完全缓解这种情况。

研究人员希望他们的发现能够有助于寻找比化石燃料更可持续的能源，特别是在电动汽车方面。

LiMnO2的性能以及与镍基材料相比具有竞争力的能量密度证明了替代材料具有生产环保产品的潜力，这些产品在生产和长期投资方面都是可持续的。

纳米结构LiMnO2基电极材料的理想未来将涉及豪华电动汽车行业的商业化和工业化生产。