Nature Communications综述：锂离子电池正极材料化学的反思

北2北

2020-03-25

锂离子电池在过去的三十年间驱动了便携式电子设备的革命。锂离子电池相比其他的二次电池体系之所以能够在储能市场中占据主导地位是因为高能量密度的优势。从发展根源上来说，20世纪七八十年代，基础固态化学和固态物理学的进步为锂离子电池的发展奠定了良好的基础。近日，美国德克萨斯大学奥斯汀分校的Arumugam Manthiram对基础研究如何促进锂离子电池正极材料的发现、优化和合理设计这一问题进行了深刻反思，并对该领域在未来的发展前景进行了展望。

本文要点

1) 文章首先对锂离子电池的发展历程进行了简单回顾，其中最重要的一个事件是金属锂曾经被用作锂电池的负极，但是当时所采用的电池电压较低限制了能量密度而且枝晶生长带来了很多安全问题。

2) 文章主体部分是对于锂离子电池正极材料的发现过程。最初Goodenough等首次提出电池的电压是由具有氧化还原活性的正负极之间的能量差决定的。这种观点驱动了20世纪八十年以来三大类锂电正极材料—层状氧化物型、尖晶石型、聚阴离子型的发现。文章对这三类正极材料的晶体结构研究和电子结构研究历程进行了回顾。作者特意指出，含锰的尖晶石型正极相比含钴的层状氧化物正极在成本上下降了两个数量级。

3) 作者在文章中对三类正极材料的优缺点进行了比较：其中层状氧化物和尖晶石材料的电子电导率较高而聚阴离子型材料电子传导能力差；前两种材料都具有很高的振实密度而聚阴离子型材料密度较小，这使得其在要求高体积能量密度的应用中不占优势。不过，聚阴离子型材料的热稳定性和安全性能却十分优异。

Arumugam Manthiram，A reflection on lithium-ion battery cathode chemistry， Nature Communications, 2020

DOI: 10.1038/s41467-020-15355-0

https://www.nature.com/articles/s41467-020-15355-0