第一作者：Shenyang Xu

通訊作者：潘鋒、胡炳文、Tianyi Li、張明建

通訊單位：北京大學深圳研究生院、華東師範大學、阿貢國家實驗室、香港中文大學（深圳）

論文速覽

作爲實用容量最高的商用陰極，富锂錳基陰極（LMR）的結構性質（複合還是固溶體）仍存在爭議。由于兩種層狀相組分（單斜相（C2/m）和菱形相（R-3m））的結構極其相似，沒有一種工具可以單獨解決這一問題。 在此，研究者通過結合多種先進技術，包括透射電子顯微鏡TEM、EDX、同步輻射X射線衍射（SXRD）、對分布函數（PDF）分析、固態核磁共振（ssNMR）和理論計算，從元素分布、局部結構、長程結構和短程結構等多個角度全面研究了LMR正極材料的相結構演變過程。

研究發現，從兩個相的形成到納米尺度的相融合，最終到原子級別的幾乎完全相融合，整個過程清晰可見。特別是，X射線對分布函數（PDF）分析與理論模擬相結合，首次揭示了過渡金屬（TM）-TM距離隨著相融合的進展而增加，這使得TM-TM原子對的短程結構變化成爲判斷相融合程度的有效參數。通過調整相融合程度，實現了優異的電化學性能。該研究爲研究複雜多相體系中的結構演化提供了一種方法，也爲通過調節相融合程度來設計和優化陰極提供了有價值的見解。

圖文導讀

圖1：不同溫度下LLNCM樣品的TEM圖像和相應的EDX圖，反映了元素分布和局部相結構的變化。

圖2：不同溫度下LLNCM樣品的高分辨率TEM圖像和快速傅裏葉變換（FFT）圖，以及高角環形暗場掃描透射電子顯微鏡（HAADF-STEM）圖像和TKD測試結果，揭示了微觀結構的變化。

圖3：不同溫度下LLNCM樣品的同步輻射X射線衍射（SXRD）圖譜，以及主要衍射峰的寬度變化，反映了長程結構的演變。

圖4：不同溫度下LLNCM樣品的PDF圖譜，以及TM-TM距離的變化，揭示了短程結構的變化。

圖5：相融合的微觀圖，及其對電化學性能的影響，包括首次充放電曲線、循環性能和相融合程度對電化學性能的影響。

總結展望

本研究通過多角度綜合表征，深入研究了富锂錳基正極材料中兩個極爲相似的層狀相的形成和融合過程。研究結果表明，通過調整相融合程度，可以在保持容量的同時顯著提高循環穩定性。

此外，本研究提出的研究方法和發現爲複雜多相系統的結構演變研究提供了新的視角，爲設計和優化具有優異電化學性能的正極材料提供了新的思路。未來的研究可以進一步探索相融合程度對正極材料性能的影響，以及如何通過精確控制合成條件來優化相融合程度。

文獻信息

標題：Multi-Angle Tracking Synthetic Kinetics of Phase Evolution in Li-Rich Mn Based Cathodes

期刊：Energy & Environmental Science DOI：10.1039/D3EE04199A