近幾十年來🕵🏼‍♀️🧑🏼‍🦰，鋰離子電池中高容量層狀氧化物發展的主要技術路線是通過體相摻雜和表面修飾等方法，提高充電截止電壓💁🏿‍♀️，增大可逆脫嵌鋰能力。然而層狀氧化物高電壓深度脫嵌鋰時👩🏼‍✈️，晶格本征的應力應變及釋氧，引發不可逆相變Ⓜ️，電化學性能衰退🎉。考慮層狀氧化物中拓撲結構和氧的堆疊在層狀氧化物功能中的作用，材料科學與工程學院夏定國教授課題組近年來系統探索了不同結構過渡金屬層狀氧化物的電化學性能🪫。

在富鎳正極材料中，構建有序超結構，調製材料顆粒形貌，優化充放電過程中的應力應變特性，所製備的富鎳層狀過渡金屬氧化物不僅表現出239mAh g⁻¹的高放電比容量，並在4.6V的高充電上限工作電壓200次循環後表現了94.5%的優異保持率♈️🎆。與矽碳負極配對的鋰離子電池單體能量密度高達404Wh kg⁻¹🕍，300次循環後保持91.2%👨🏿‍🚀🖨，該材料展示了其在電動汽車領域巨大的應用潛力。研究論文於7月23日在Nature Sustainability雜誌在線發表。這項工作不僅將鎳基鋰離子電池的能量密度提升至400Wh kg⁻¹的水平🧑🏿‍⚖️，而且為正極材料的結構設計提供了新策略🧖🏼‍♀️👨‍🦳。楊同歡🦧🌥、張琨為第一作者，夏定國為論文通訊作者。

在錳基富鋰層狀正極材料中構建具有高鋰離子擴散系數的孿生結構🐕，在不同的鋰離子擴散通道之間搭建"橋梁"，實現二維材料具有三維鋰離子擴散特性🫸🏻。製備的材料在0.1C時的比容量為303mAhg^-1🚵🏼，在1C時的比容量為253mAhg^-1。更重要的是，孿生結構還起到了"防波堤 "的作用，抑製了錳離子的遷移🧙🏼，提高了整體結構的穩定性🫅，從而實現了長期循環穩定性，在200次循環後，1C下的容量保持率為 85%。這種在層狀富鋰正極中構建三維鋰離子擴散通道的策略將為其他層狀氧化物正極的研究和開發開辟新的途徑😊👩🏻‍🦰，並有可能應用於工業領域☯️。該成果發表在Advanced Materials【2023，35（52）】、EnergyStorage Materials（2024,71）上，第一作者是楊亞麗博士👨🏼‍🔬，夏定國為論文通訊作者。同時🫳🏻，針對錳基富鋰層狀正極材料提出未來的發展方向💿，論文於年6月22日在Advanced Materials在線發表。李彪是第一作者，夏定國為論文通訊作者。

圖1a 富鎳層狀正極材料中[001]方向原子排列；b 電化學性能

圖2a 錳基富鋰正極材料孿晶結構；b 電化學性能

上述工作得到國家重點研發計劃（2022YFB2502100）和國家自然科學基金重點課題（No.53130202）的支持。