温州大学袁一斐教授《ACS AMI》综述：界面策略抑制正极锰溶出的研究进展

点击蓝字关注我们

全球“碳中和”行动推进二次电池技术发展。锰基正极材料具有成本、安全与环保优势，已在锂离子电池领域获得成功。但存在的锰溶出问题阻碍了其在诸如水系锌离子电池等下一代候选电池技术领域的广泛应用。这是因为锰基材料在水溶剂中受到更强的腐蚀作用，并且表面不能形成稳定的固液相界面膜。

近日，温州大学袁一斐教授课题组（课题组主页：https://www.x-mol.com/groups/yuan-wzu）针对二次电池锰基正极活性物质存在的锰溶出问题，从界面角度介绍了相关抑制策略，在《ACS Applied Materials&Interfaces》期刊发表以“Interfacial Strategies for Suppression of Mn Dissolution in Rechargeable Battery Cathode Materials”（DOI: 10.1021/acsami.1c20406）为题的综述文章。课题组博士后任晴晴为论文第一作者，温州大学王舜教授为共同通讯作者。本工作得到国家自然科学基金资助。

 

主要内容

1）Carbon coating layers：其主要优点是资源丰富，质量轻，导电性佳，尤其是氮、氟等杂原子掺杂的碳材料，能够有效降低材料极化；不足之处是对材料应变的抑制作用微弱。

2）Metal oxide coating layers：较之碳包覆层，其对材料应变有一定的抑制作用，且制备方法简便；缺点是导电性不好。

3）Phosphate coating layers：其主要优点是具有离子导电性，促进界面电荷传输，有利于材料的电化学性能；缺点是包覆层质量偏大又无电化学活性，降低了材料的比容量。

4）Active material coating layers：其主要优点是贡献容量，若为外延生长的活性物质包覆层，则还可能通过改变锰基材料的Mn d轨道能级来抑制姜泰勒效应；缺点是反复参与充放电过程使其稳定性较低。

5）Artificial cathode electrolyte interphase (CEI)：这其中的固态电解质可看作是扩展的CEI，其主要优点是有效解决了锰溶出问题，且安全性高；缺点是与材料存在固固界面的兼容性问题。

6）Polymer coating layers：其主要优点是具有柔性，导电性，更适于电池的高温应用场景；缺点是原位聚合界面不可控。

7）Binder-related interfaces：其主要优点是界面通过化学键合构建，实现了电极的整合设计；缺点是对电解液腐蚀的物理性防护过于薄弱，另其与电解液的兼容性也需额外关注。

8）Electrochemically induced interfaces：其主要优点是成本低；缺点是界面的形成与转化动态过程不可控。

 

总结与展望

界面改性对材料的结构、组分和性质所带来的影响最小，并且对锰溶出的抑制作用更为直接，因此受到越来越多的关注。作者综述了相关的界面机制及其优/缺点。作者认为接下来的发展主要集中在：1）多重界面改性联用；2）在一次颗粒水平精细调控界面；3）原位表征技术解析锰溶出动力学与界面改性机制；4）用兼具柔性与机械强度的固态聚合物电解质取代传统电解液。

Qingqing Ren, Yifei Yuan, Shun Wang, Interfacial Strategies for Suppression of Mn Dissolution in Rechargeable Battery Cathode Materials, ACS Appl.Mater. Interfaces, 2021, DOI: 10.1021/acsami.1c20406.
教师主页：
http://chem.wzu.edu.cn/info/1022/24702.htm课题组主页：
https://www.x-mol.com/groups/yuan-wzu

原文链接

https://doi.org/10.1021/acsami.1c20406

相关进展

化学与材料科学原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：[e-mail]

扫二维码｜关注我们

微信号 : Chem-MSE

诚邀投稿

欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程产学研方面的稿件至[e-mail]，并请注明详细联系信息。化学与材料科学®会及时选用推送。