王保峰教授J. Power Sources.观点：乙二胺四乙酸辅助水热法控制LiMn0.5Fe0.5PO4的各向异性生长

第一作者：贺凯

通讯作者：王保峰*，丁昆*

单位：上海电力大学

为应对化石燃料的过度开发及全球气候变化加剧，“碳达峰”和“碳中和”战略被提出。这使得新能源汽车和动力电池行业的发展突飞猛进。近年来，常见的动力电池正极材料为三元材料和磷酸铁锂材料。然而，镍、钴和铜等关键元素的价格上涨，及人们对三元材料结构稳定性、安全性的担忧，促使商业动力电池由三元材料（如NMC523、NMC622、NMC811）转化为磷酸铁锂（LiFePO₄）材料。磷酸锰铁锂（LiMnxFe_1-xPO₄，LMFP）是LiFePO₄的一种升级材料，PO₄^3-四面体的存在和橄榄石结构中的强P-O共价键赋予了它优异的循环寿命和安全性能， Mn2+的引入，使LMFP实现了相对于Li/Li⁺的4.1V的更高工作电压和体积能量密度（701 Wh kg⁻¹，约为20%大于LiFePO₄）。不幸的是，低电子电导率和离子扩散速率使橄榄石型材料的倍率性能无法满足日常生活需求，这一问题在LMFP中尤为明显。本篇观点展示了本课题组研究LMFP晶面控制机理的一些工作，特别是在水热法体系中。为未来的高倍率性能LMFP研究提供了方向，有助于加速LMFP电极材料领域的研究及实际应用。

近日，来自上海电力大学的王保峰教授，丁昆博士在Journal of Power Sources上发表题为“Ethylenediamine tetraacetic acid-assisted hydrothermal synthesis of LiMn_0.5Fe_0.5PO₄with exposed (010) crystal plane for enhanced high-rate performance”的观点文章。该观点文章分析了LMFP电极材料倍率性能差的影响因素，同时提出一种新的晶面控制方法及调节机理，为该领域的发展应用提供了新思路。

本文采用乙二胺四乙酸(EDTA)辅助水热法，调控晶体的生长，成功制备了具有暴露(010)晶面的LMFP。EDTA通过络合Fe²⁺/Mn²⁺，可以稳定吸附在(010)晶面，显著缩短Li⁺沿晶体学b轴的扩散途径，提升了材料的锂离子扩散性能，解决了传统材料扩散动力学性能较差的问题。

优化后的LMFP-2材料在10C倍率下放电容量达到91.5 mAh g⁻¹，相比未改性样品(LMFP-0)提升了116.3%。同时，在500次循环后，该材料在1C倍率下的容量保持率高达96.4%，显示出卓越的倍率性能和循环稳定性，适合于高倍率锂电池应用。同时，电化学阻抗谱(EIS)和恒电流间歇滴定技术(GITT)进一步证明了晶面优化对提升Li⁺扩散系数和降低极化的作用。

研究发现，通过控制EDTA浓度，可调控晶体的生长方向及形貌，将暴露的主要晶面从(100)改为(010)。这种晶面优化有效缩短了锂离子扩散路径，并提升了电化学反应动力学性能。结合SEM、TEM及XRD等多种技术表征，验证了这一创新方法的效果。

“Ethylenediamine tetraacetic acid-assisted hydrothermal synthesis of LiMn_0.5Fe_0.5PO₄ with exposed (010) crystal plane for enhanced high-rate performance”

王保峰： 王保峰，男，中共党员，博士，教授，硕士生导师。主要从事化学电源方面的教学、科研工作。近年来承担科研项目 10 多项，包括主持承担国家自然科学基金面上项目2项、省部级项目及企业委托项目 10 余项在通讯作者身份在 Nature Communications，Small, Journal of Materials Chemistry A, ACS AppliedMaterials & Interface 等杂志收录论文 50 余篇，申请发明专利近 40 项，授权发明专利 20 余项。