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慶熙大學Duho Kim最新EnSM:金屬?氧鍵對鋰過量層狀氧化物穩(wěn)定ORR的重要性

盡管幾乎所有的ORR反應研究都是基于鋰離子正極中含Mn⁴⁺的層狀氧化物(Li[Li_1?x?yMn_xM_y]O₂)進行的，但Mn(t2g3)?O雜化帶與ORRs反應的相關性尚不清楚。

近日，韓國慶熙大學Duho Kim（通訊作者）等人在知名期刊Energy Storage Materials上發(fā)表了題為“Importance of metal?oxygen bond for stable oxygen-redox reaction in Li-excess layered oxides”的研究性論文。

Li₂MnO₃和Li₂TiO₃的原子結構和形成能

考慮到共價和離子M?O鍵的競爭特性，作者用第一性原理計算研究了純ORR操作的兩種Li₂MO₃型正極模型，揭示了激活ORR的隱蔽的關鍵因素，并使其充電后可逆。首先，熱力學生成能表明，Li⁺引出對Li₂TiO₃的氧不穩(wěn)定性比對Li₂MnO₃的氧不穩(wěn)定大得多。

在FR/FS/RB模式下Li₂MnO₃和Li₂TiO₃的相位穩(wěn)定性

根據(jù)這一理論認識，作者認為充電時剛性Mn(t2g3)?O帶的存在在容易觸發(fā)ORR和抑制O?O二聚體的形成導致O₂釋放方面起著重要作用。揭示了Mn(t2g3)?O帶的重要性，為設計或利用鋰離子電池的高能量密度正極提供了一個激動人心的方向。

電子結構和M?O鍵距

Importance of metal?oxygen bond for stable oxygen-redox reaction in Li-excess layered oxides(Energy Storage Materials, 2021, DOI: 10.1016/j.ensm.2021.08.024)

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