武汉理工大学新闻网讯 近日，我校材料复合新技术国家重点实验室木士春教授团队与吴劲松教授团队合作在高性能快充锂离子电池正极材料研究方面取得重要进展，研究成果以“Entropy-increased LiMn2O4-based positive electrodes for fast charging lithium metal batteries”为题，发表在Nature Communications上。我校材料复合新技术国家重点实验室为第一通讯单位，吴劲松教授、木士春教授为共同通讯作者，博士后曾炜豪等为第一作者。
当前高能量密度锂离子电池面临充电效率低、耗时长的核心瓶颈问题，要克服锂离子电池充电效率低的技术挑战，不仅需要电池模组设计的创新，更对电极材料的导电性能提出了更为严苛的要求。然而，电极材料的低离子电导率严重制约了快速充放电能力，特别是在不依赖纳米化颗粒的前提下，实现正极材料的极速充放电成为亟待解决的技术难题。因此，开发具有更高维度扩散通道及高效离子迁移能力的正极材料显得尤为重要。
在此背景下，该论文提出了一种高效的熵调控策略，即通过向LiMn2O4体系中引入五种低价态阳离子（Cu、Fe、Mg、Ni、Zn），成功实现了熵值的优化（即熵增LiMn2O4）。实验数据表明，该新型材料在高达1.48 A g?1（相当于10 C倍率）的电流密度下，于25°C历经1000次充放电循环后，仍能保持约80%的初始放电容量，预示着搭载此材料的电池有望实现4至5分钟内的快速充电，极大地缩短了充电时间。该研究成果为解决储能电池日益增长的性能需求提供了重要的解决方案。
图1熵增锰酸锂正极材料的晶格收缩和Mn-O键的强化
图2 EI-LMO和LMO的电化学性能
Weihao Zeng, Fanjie Xia, Juan Wang, Jinlong Yang, Haoyang Peng, Wei Shu, Quan Li, Hong Wang, Guan Wang, Shichun Mu*, Jinsong Wu*. Entropy-increased LiMn2O4-based positive electrodes for fast charging lithium metal batteries. Nature Communication, 2024, 15, 7371.
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-51168-1
文：曾炜豪、黄玲林；编辑：曹明；审核：罗小寒