激发氧活力，增强电池动力

材料牛注：加州大学圣地亚哥分校和中国科学院合作，发现了一种新方法，用于提高富锂阴极材料的稳定性和储能能力。该方法通过采用二氧化碳气体混合物，在材料表面制造氧空位，大大提高了阴极材料的能量密度。

目前，一项研究表明，通过改变富锂阴极材料的氧组成可以提高电池的性能，特别是在高能量电池应用领域，例如电动汽车。这项研究成果于7月1日发表于Nature Communications。

Shirley Meng是加州大学圣地亚哥分校纳米工程学的教授，同时也是这项研究的主要参与者。Meng说：“在这类富锂阴极材料中，我们已经发现了一种新的机制。随着这项研究的不断进行，我们希望可以独辟蹊径，发现更多可以控制氧活性的电池材料”。

Meng担任加州圣地亚哥分校能量储存与转换实验室（LESC）和可持续能源中心（SPEC）的主任。她所在团队的科研方向在于探索隐藏在电池材料背后的科学，研究水平已经延伸到单原子和分子以及其界面处。该研究团队独具慧眼，首先专注于电池材料氧原子活性的研究，通常情况下以锂和过渡金属原子为主。Meng说：“目前我们的研究表明，氧气对电池的性能具有重要作用”。

在这项研究中，Meng领导的团队和中国科学院的相关科研人员合作，开发了一种新方法，在一种富锂层状氧化物的阴极材料中引入氧空位。这种材料在电池研究领域越来越受欢迎，因为和其它阴极材料相比，它们可以储存更多能量。

然而，富锂阴极材料也有缺点，包括缓慢的放电率和电压衰减问题，也就是说，在每个充放电周期，电池电压会下降。Meng说：“我们正在研究一种新方法，通过探索和控制氧气在阴极材料中的行为，来减轻困扰富锂阴极材料的问题”。

研究人员发现，用基于二氧化碳的气体混合物处理富锂阴极颗粒，可以在颗粒表面形成均匀的氧空位。这种处理方法只在表面10~20nm处留下氧空位，并不会改变材料原子结构的其余部分。

Minghao Zhang是加州大学圣地亚哥分校雅可布斯工程学院的一名博士，参与了Meng的研究工作，并且是论文的共同第一作者。Zhang说道：“这种处理方法比较温和，使得我们可以在界面处对材料的变化进行控制。”。在电化学测试中，经过100次充放电循环，处理后的材料具有相对较高的放电能力（每克300毫安时），并且电压损失极小。

Meng说：“这种方法对于电压衰减问题有明显的改善作用，但是要完全解决这一问题，还有很多工作要做”。

通过与布鲁克海文国家实验室和橡树岭国家实验室合作的特性研究中，针对氧空位提高阴极材料的性能，研究人员提出了几点原因。首先，空位使锂离子更容易在整个阴极移动，产生高的放电能力和和更快的放电率。其次，空位通过抑制高活性氧化自由基在阴极材料表面的形成，也可以增加材料的稳定性。这可能意味着更长的电池寿命，因为通常情况下，在电池工作过程中，高活性氧化自由基会降解电解质。Zhang说：“就可控性而言，我们利用氧活性来提高材料的性能，进而更好地控制其在电池内部的运作”。

科研人员并未止步于此。下一步，研究人员将在处理方法上进行更深刻的研究。他们还会对其它材料中的氧活性做进一步研究，探究其如何提高电池的性能。

Meng说：“这种处理方法在电池领域是否具有前景，我们不得而知。在此之前，我们需要探讨我们的技术是否能够提高电池性能，这种提高不只是单一的参数，而是多个指标。我们需要把提高电池性能想象成扩展多个变量的蜘蛛网络”。

原文链接：Performance of cathode material improved by controlling oxygen activity。

文献链接：Gas–solid interfacial modification of oxygen activity in layered oxide cathodes for lithium-ion batteries。

本文由编辑部杨洪期提供素材，刘纯编译，万鑫浩审核。

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