????
注：文末有研究团队简介及本文科研思路分析
近年来，随着化石燃料的大量消耗，能源问题日益严重。此外，在化石燃料大量消耗的同时，其排放的CO2等气体又进一步加剧了环境危机。因此，锂离子电池的发现和使用在一定程度上缓解或解决了这一能源及环境问题。目前，商业化的LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4等传统正极材料所能提供的比容量仅仅限制在mAhg-1以下，不能满足未来小型化便携式电子设备和电动车（EV）实际应用中在续航能力方面的需求。富锂层状氧化物（LRLOs），作为最有前景的锂离子电池正极材料替代者之一，具有高能量密度，在过去十来年引起了科学界广泛的研究兴趣。然而，其首效低、循环及倍率性能差、电压衰减等问题大大限制了LRLOs的实际应用。Li2RuO3作为新型的富锂正极材料，首次放电容量超过mAh/g，并且具有较好的倍率性能，然而其依然存在循环性能差、结构不稳定等问题。为了改善材料的电化学性能，离子掺杂和表面修饰等策略被广泛应用。
近期，南京工业大学杨银副教授团队开发并报道了一种新型的富锂钌基正极材料。该工作通过微量铬掺杂成功合成了Li2Ru1-xCrxO3(x=0,0.02,0.05,0.1)一系列材料，Cr元素在材料中以Cr3+/Cr6+混合价态存在（图1），该系列材料提升了Li2RuO3的相关电化学性能。其中Li2Ru0.95Cr0.05O3在比容量、倍率性能和循环性能等方面表现出最佳性能。在0.2C倍率下（电压窗口：2-4.6V），Li2Ru0.95Cr0.05O3首次放电比容量达到了mAh/g，这远远高于Li2RuO3所释放的mAh/g的比容量。值得指出的是，Li2Ru1-xCrxO3(x=0.02,0.05,0.1)在循环性能上也达到了很大的提升，其中Li2Ru0.95Cr0.05O3在0.2C倍率下循环50周后依然保有mAh/g的放电比容量，这同样远远高于Li2RuO3所释放的mAh/g的比容量。而同样的趋势也在1C倍率下有所体现，在比容量和倍率性能上均有很大提升。
图1Li2Ru1-xCrxO3(x=0,0.02,0.05,0.1)系列材料XRD图以及Li2Ru0.95Cr0.05O3中Cr元素XPS谱图
与此同时，Li2Ru1-xCrxO3(x=0.02,0.05,0.1)还具有优异的倍率性能（图2a）。其中Li2Ru0.95Cr0.05O3在0.2C到5C分别展现出、、、和mAhg-1的放电比容量，而这又远远高于Li2RuO3所释放的、、、和mAhg-1的比容量。由于正极材料在充电至过高电压范围下会导致材料分解，因此该团队在1C倍率下缩小电压窗口至2-4.2V进行循环测试（图2b），发现Li2Ru1-xCrxO3(x=0.02,0.05,0.1)相对于Li2RuO3依然能够具有更高的比容量和更优异的循环性能。该团队研究发现，Cr3+/Cr6+离子的适量引入一方面可以提供多电子转移过程，另一方面又可以激发阴离子氧化还原反应活性，同时提升材料的电子转移动力学过程，所有这些因素共同促成了铬掺杂对于Li2RuO3富锂材料电化学性能的显著提升。
图2Li2Ru1-xCrxO3(x=0,0.02,0.05,0.1)系列材料倍率性能及其在2-4.2V电压窗口内循环性能比较
这一成果近期发表在ChemicalCommunications上，文章的第一作者是南京工业大学硕士研究生刘生洲，通讯作者为杨银副教授。
该论文作者为：ShengzhouLiu,JialiWang,ZixuanTian,QianLi,XiaoqingTian,YanhuaCui,YinYang*
原文（扫描或长按