动力电池作为新能源汽车的核心部件之一，决定着新能源汽车的发展水平。提升电池储电性能，有利于相关领域的发展。
在新型高容量储锂电极材料中，富锂锰基正极材料是全球公认的下一代高容量正极材料，放电比容量高达300mAh/g以上。
天目新闻记者从中国科学院宁波材料所了解到，近日，该所动力锂电池工程实验室刘兆平研究员带领研究团队对富锂锰基正极材料开展了深入研究，在锂离子传输动力学过程等方面取得了系列进展。
利用多种表征手段，团队分别分析了锰（Mn）元素不同含量下的锂电池热处理过程，揭示了富锂锰基正极材料中，Mn元素含量越高，其热失控温度越低。
同时，为了提升电池的高热稳定性和高比容量，研究团队创新设计了一种多晶型结构的富锂锰基正极材料，可实现更高的放电比容量，并实现更好的热稳定性。
相关负责人介绍，该研究结果详细阐明了富锂锰基正极材料的氧活性与热稳定性之间的关系，对下一代高安全、高能量密度锂离子电池的实现提供了重要借鉴意义。相关内容发表在国际著名的材料科学期刊Materials Today。
另外，以往研究表明，富锂锰基正极材料中，当其一次晶粒达到微米级时，往往表现出极低的比容量、快速的容量衰减和电压衰减。
为了了解其中原因，研究团队研究了锂离子在富锂锰基正极材料晶粒内部的扩散动力学过程，对该电化学性能给出了合理的解释。
团队发现，对锂离子扩散系数较低的富锂锰基正极材料来说，比容量的发挥高度依赖于颗粒尺寸大小。
其中，微米级晶粒具有更好的结晶性和更高的锂离子扩散系数。长扩散距离对于晶粒内部锂离子扩散过程具有负面影响，大尺寸一次晶粒的电化学过程伴随着晶粒内部不均匀的锂离子分布，由此导致应力应变在电化学过程中发生积累。
团队还直接观察到，微米级富锂锰基正极材料晶粒内部大量层错的产生以及显著的层状相向尖晶石以及盐岩相的结构转变，揭露了微米级富锂锰基正极材料中快速的容量衰减和电压衰减的原因。
该研究工作对制定相应的富锂锰基正极材料改性策略具有重要的理论指导意义，相关研究成果于近日发表在国际著名的材料科学期刊Energy Storage Materials。