预嵌入策略提高MnO2材料性能的作用机制

2021-01-03 08:34:53

近年来，MnO2由于成本低廉、高理论容量等优点被作为多种离子电池正极宿主材料而广泛研究，包括应用在Li+、Na+、K+、Zn2+、Mg2+等正极材料，但MnO2材料低的电子/离子电导率、低的可逆放电容量、缓慢的扩散动力学和较差的循环稳定性，限制了其产业化应用潜力。为解决这些问题，研究人员提出了多种性能优化策略，包括金属掺杂、碳包覆、导电高分子包覆、预嵌入、超浓电解液等。其中，“预嵌入策略”是一种通过晶体结构调控正极材料本征电化学性能的有效策略，被广泛应用于多种正极宿主材料的研究，包括钒酸盐、二维过渡族金属硫化物、硒化物等。然而，关于“预嵌入策略”调控MnO2晶体结构及电化学性能之间关系的研究少有人总结和归纳。

近期，北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授课题组针对低成本电池正极材料MnO2的研究与发展进行总结，对通过合成过程预嵌入离子/分子能等“预嵌入策略”调控和优化MnO2性能与相关机理进行综述，并对未来研究发展进行展望。文章以“Preintercalation Strategy in Manganese Oxides for Electrochemical Energy Storage: Review and Prospect”为题，发表在国际著名科技期刊Advanced Materials（doi.org/10.1002/adma.202002450，IF=27）。

MnO2在作为各种电池正极材料时一直存在一些难以解决的问题，包括MnO2的低电导率、低的可逆充放电深度，以及离子晶体结构中扩散动力学缓慢等问题。预嵌入策略在MnO2正极材料应用中有积极作用，包括提高电子/离子电导、促进激活反应活性位点、提高扩散动力学、提高电化学过程中材料晶体结构的稳定性，但预嵌入策略也面临一些挑战，课题组针对基于该策略研发高性能MnO2材料提出了发展展望。

这项工作是在潘锋指导下，由第一作者赵庆贺研究员、硕士生宋奥野和丁收香共同完成。该工作得到国家材料基因工程重点研发计划、广东省自然科学基金的支持。（文/北京大学）