目前，電動汽車面臨續航里程短和安全性不足等問題，制約了其大規模推廣。如果電動汽車擁有與燃油車相當的續航里程，消費者駕駛電動汽車時將不再有里程焦慮，有利于實現電動汽車的大規模推廣。

據寧波材料技術與工程研究所消息，在目前已知的正極材料中，富鋰錳基正極材料放電比容量高達 300mAh / g，是當前商業化應用磷酸鐵鋰和三元材料等正極材料放電比容量的兩倍左右。因此，富鋰錳基正極材料被認為是新一代高能量密度動力鋰電池的理想之選，更是動力鋰電池能量密度突破 400Wh/kg的技術關鍵。

近十年來，中國科學院寧波材料技術與工程研究所動力鋰電池工程實驗室研究員劉兆平團隊長期致力于富鋰錳基正極材料的研究開發，圍繞降低富鋰錳基正極材料的首次不可逆容量、循環過程中電壓衰減和氧析出等關鍵科學問題開展了研究并取得系列研究結果。

近期，研究團隊對富鋰錳基正極材料中鎳鈷元素與氧活性關系以及富鋰錳基正極材料的改性優化開展了深入研究，取得了系列進展。首先，他們與美國加州大學圣地亞哥分校研究人員合作，利用上海光源和東莞散裂中子源等大科學裝置，圍繞富鋰錳基正極材料中鎳鈷元素與氧活性問題開展了研究（圖 1），該研究成果近日在線發表在 Materials Today 上。

▲ 圖 1

與此同時，針對富鋰錳基正極材料的氧活性利用與其能量效率的相互矛盾問題（圖 2），研究團隊與美國布魯克海文國家實驗室研究人員合作開展了深入研究，利用原位 X 射線衍射譜和原位 X 射線吸收譜，揭示了晶格氧氧化還原動力學與過渡金屬遷移重排速率的相關性，發現通過微調化學組成適度減少 Li 含量并增加 Ni 含量，可以有效限制 Li2MnO3 相疇的擴大，并誘發電化學過程中可逆 Ni 混排，使 Ni 離子阻斷 Mn 離子的擴散遷移路徑，從而一定程度緩解電化學反應過程中離子遷移遲滯的現象。這一研究結果為設計高能效和長循環穩定性的富鋰錳基正極材料提供了新思路。該研究成果發表在 Energy Storage Materials 上。

▲ 圖 2

此外，研究團隊綜合采用表面摻雜、氣固界面改性、表面包覆等表面改性手段，實現了復合表面結構的構筑（圖 3），制備出一種高比容量和長循環穩定性的富鋰錳基正極材料。研究團隊采用該富鋰錳基正極材料和石墨烯復合硅碳負極材料，設計研制了能量密度達 345Wh/kg的新型電池（容量 20Ah），并表現出優良的循環穩定性。該研究成果發表在 Journal of Materials Chemistry A 上。