富鋰錳基氧化物作為下一代高能量密度鋰離子電池的潛在正極材料，因其放電容量超過250 mAh g^-1而受到全世界的廣泛關注。然而，較低的倍率能力和電壓衰減問題帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。提高倍率性能的傳統方法，如納米和多孔結構設計，會增加正極的表面積，從而加速有害的錳離子遷移和氧氣釋放。

圖1.?材料結構表征

北京大學夏定國等受城市道路立交橋建設的啟發(fā)，通過在晶體中加入孿晶結構，成功合成了具有準三維（quasi-3D）鋰離子擴散通道的富鋰正極材料，這突破了正極材料納米級和多孔設計的傳統策略。

通過X射線衍射(XRD)、掃描透射電子顯微鏡(STEM)和電子反向散射衍射(EBSD)等綜合結構表征技術，作者觀察到制備的單分散微米級原生粒子具有很高的孿晶密度。密度泛函理論（DFT）計算揭示了具有增強鋰離子擴散系數的準三維鋰離子擴散通道的構建。

圖2.?電化學性能研究

結果，制備的材料在0.1C時的比容量為303 mAh g^-1，在1C時的比容量為253 mAh g^-1。更重要的是，孿生結構還起到了”防波堤”的作用，抑制了錳離子的遷移，提高了整體結構的穩(wěn)定性，從而實現了長期循環(huán)穩(wěn)定性，在1C下經過200次循環(huán)后，容量保持率為85%。

這項工作提出的在層狀富鋰正極中構建準三維通道的策略將為其他層狀氧化物正極的研究和開發(fā)開辟新的途徑，并有可能應用于工業(yè)領域。

圖3.?陰離子氧化還原行為

Unlocking The Potential of Li-rich Mn-based Oxides for High-rate Rechargeable Lithium-ion Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202307138