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导读
导师专访
富锂尖晶石与同样有立方对称性的岩盐结构混合体是正极研究的一个重点。它们都具有混合阴、阳离子氧化还原（HACR）活性，和很大的容量。如何避免高电压时失氧，以及退化成Co3O4这样的“不良尖晶石”相，和如何控制化学近程有序度，都是很有意思的研究题材。
李巨 教授
麻省理工学院
图1.
背景简介
LiMn2O4在电池应用中的发现源于寻找廉价氧化物作为正极材料的探索。1981年，Hunter首次报道了尖晶石LiMn2O4在酸性水溶液中通过化学去硫化作用转化为一种新形式的二氧化锰，称为λ-MnO2。λ-MnO2保留了[B2]O4尖晶石的[B2]O4骨架，是LiMn2O4电化学脱硫化后的最终产物。
在对Fe3O4尖晶石电化学锂化的早期研究之后，Thackeray等人，1983年和1984年分别报道了LiMn2O4尖晶石的电化学锂化和脱锂反应，引起了人们对这类热稳定性好的正极的研究兴趣。尽管与后来开发的层状LiNi1-x-y Cox Mny O2（NCM）、LiNi1-x-y Cox Aly O2（NCA）、富Li/Mn正极和LiCoO2相比，LiMn2O4的容量和能量密度更小，但它是经济、无毒的，而且环境友好（无钴，含丰富无毒锰）且具有更坚固的晶体结构和快速扩散动力学，因此通常与层状正极混合以降低成本，提高结构和热稳定性，并提高速率性能。
高压尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4具有很高的能量密度，其工作电压为4.7v/Li。此外，尖晶石结构与许多LIB正极的层状和岩盐结构密切相关，在退化正极的表面经常可以观察到尖晶石状结构。而且，正如过渡金属（TM）在层状化合物中的Li取代由于氧氧化还原的参与而导致具有更高容量的富Li正极一样，人们也可以创造具有可逆和/或不可逆混合阴、阳离子氧化还原（HACR）活性的富Li尖晶石。
核心内容
在这里，作者要区分“不良尖晶石”结构，例如Co3O4相（由于四面体和八面体的位置都被Co占据而导致Li+扩散通道全部阻塞）和像LiMn2O4和LiNi0.5Mn1.5O4这样的“良尖晶石”结构（其中存在渗透3D Li+扩散通道）。在这篇综述中，作者主要关注的是后者，虽然在一些层状化合物的表面上，也会形成“不良尖晶石结构”，大大增加阻抗。另一方面，“良尖晶石”表面相不一定会降低速率性能，实际上可以改善速率性能。此外，尖晶石结构具有稳定的结构和快速且渗透的锂离子传输通道，可以通过设计适当的化学计量比和固氧技术来实现高能量和高功率。
第一作者专访：
该研究的设计思路和灵感来源
虽然传统尖晶石结构的正极材料因容量较低而往往遭到忽视，但作为一种结构稳定和锂离子传导速度较快的材料，它们在未来高比能正极材料的发展中具有很大的研究价值。本文梳理了尖晶石正极材料的发展历程、衰减机理、改进方法，并重点探讨了在层状材料中设计“良尖晶石”作为表面相变产物的重要性和方法，以及发展富锂尖晶石和岩盐结构的复合材料作为新一代高比能正极材料的展望。
图2.
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