新材料學院潘鋒課題組對低成本電池正極材料MnO2的研究與發展進行...

2021-01-09 北京大學新聞網

近年來，MnO2由於成本低廉、高理論容量等優點被作為多種離子電池正極宿主材料而廣泛研究，包括應用在Li+、Na+、K+、Zn2+、Mg2+等正極材料，但MnO2材料低的電子/離子電導率、低的可逆放電容量、緩慢的擴散動力學和較差的循環穩定性，限制了其產業化應用潛力。為解決這些問題，研究人員提出了多種性能優化策略，包括金屬摻雜、碳包覆、導電高分子包覆、預嵌入、超濃電解液等。其中，「預嵌入策略」是一種通過晶體結構調控正極材料本徵電化學性能的有效策略，被廣泛應用於多種正極宿主材料的研究，包括釩酸鹽、二維過渡族金屬硫化物、硒化物等。然而，關於「預嵌入策略」調控MnO2晶體結構及電化學性能之間關係的研究少有人總結和歸納。

預嵌入策略提高MnO2材料性能的作用機制

近期，北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授課題組針對低成本電池正極材料MnO2的研究與發展進行總結，對通過合成過程預嵌入離子/分子能等「預嵌入策略」調控和優化MnO2性能與相關機理進行綜述，並對未來研究發展進行展望。文章以「Preintercalation Strategy in Manganese Oxides for Electrochemical Energy Storage: Review and Prospect」為題，發表在國際著名科技期刊Advanced Materials（doi.org/10.1002/adma.202002450，IF=27）。

MnO2在作為各種電池正極材料時一直存在一些難以解決的問題，包括MnO2的低電導率、低的可逆充放電深度，以及離子晶體結構中擴散動力學緩慢等問題。預嵌入策略在MnO2正極材料應用中有積極作用，包括提高電子/離子電導、促進激活反應活性位點、提高擴散動力學、提高電化學過程中材料晶體結構的穩定性，但預嵌入策略也面臨一些挑戰，課題組針對基於該策略研發高性能MnO2材料提出了發展展望。

這項工作是在潘鋒指導下，由第一作者趙慶賀研究員、碩士生宋奧野和丁收香共同完成。該工作得到國家材料基因工程重點研發計劃、廣東省自然科學基金的支持。

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