目前，世界各国大力推行电动汽车以减少温室气体排放。凭借高能量密度、长循环寿命以及宽工作温度范围等，锂离子电池在电动汽车领域独占鳌头，可支持汽车300-500 KM的续航能力。在传统正极材料中，尖晶石锰酸锂和铁锂材料的能量密度有限，高镍三元材料遭遇热稳定性差和空气稳定性差等瓶颈。具有高容量和高能量密度的富锂氧化物正极材料或为未来最有应用前景的正极材料体系。近日，来自澳大利亚阿德莱德大学的郭再萍教授与英国萨里大学的蔡琼教授合作，在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“Fundamental Understanding and Practical Challenges of Lithium-Rich Oxide Cathode Materials: Layered and Disordered-Rocksalt Structure”的综述文章。
基于层状和无序岩盐结构，该综述文章系统分析了富锂氧化物正极材料的晶体结构、阴/阳离子氧化还原反应以及锂离子传输等关键特点和反应机制，并提出了实际应用面临的挑战以及相应的解决策略。阴离子和阳离子的共同参与氧化还原反应机制大大提高了富锂氧化物正极材料的容量密度。但是，富锂氧化物本身的晶体结构比较复杂，独特的电荷补偿机制使富锂氧化物的结构变化更加复杂。富锂氧化物正极材料在充放电过程中，过渡金属迁移、失氧和电解液分解等可能造成多种结构衰退，如表层结构致密化、体相孔洞、层状向尖晶石结构转变等，从而导致严重电压衰退和容量降低。初始结构中的锂离子含量以及过渡金属离子的种类和排列对于富锂氧化物的反应机制和性能发挥具有决定性影响。要实现富锂氧化物正极材料的商业化应用，研究者需要深入了解其失效机制，而后针对其初始结构进行合理的设计。基于富锂氧化物正极材料的层状和无序岩盐结构，本文首先从材料本征结构、氧化还原机制以及锂离子传输机制三大方面进行了系统性对比分析，其次全面总结了富锂氧化物材料实现实际应用所面临的几大挑战：电压问题，失氧以及结构衰退等，最后针对层状和无序岩盐结构的富锂氧化物材料，本文分别总结了相应的解决策略并且指出未来需要重点研究的方向。Fan, Yameng, Wenchao Zhang, Yunlong Zhao, Zaiping Guo, and Qiong Cai. Fundamental Understanding and Practical Challenges of Lithium-Rich Oxide Cathode Materials: Layered and Disordered-Rocksalt Structure, Energy Storage Materials (2021), DOI:10.1016/j.ensm.2021.05.005