近日，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所赵邦传教授团队联合温州大学姚晓教授团队，提出一种成分梯度策略，用于精准调控富锂锰基正极材料的内部应力分布与电子结构。相关研究成果已发表在《Nano Letters》。

富锂锰基氧化物因可通过阴、阳离子氧化还原反应实现较高能量密度，被视为下一代锂离子电池的潜在正极材料之一。但研究指出，晶格氧参与反应可能引发结构退化、电压衰减以及反应动力学迟缓等问题。研究团队表示，理解并调控氧的氧化还原行为，是提升此类材料长期性能的关键。

在该项研究中，团队设计了具有精细浓度梯度结构的富锂锰基氧化物，通过由内到表面逐步调节元素分布，缓解锂离子嵌入与脱嵌过程中的内部应力积累，从而增强材料在反复充放电循环中的结构完整性。

为进一步揭示原子尺度机制，研究团队采用原位磁性表征技术，对材料磁性与电子态演变进行实时监测。结果显示，梯度结构有助于稳定轨道相互作用，并抑制不良的氧相关副反应，进而提升氧化还原过程的可逆性。

研究团队称，基于该梯度设计的正极材料在循环稳定性与倍率性能方面均有提升，并在保持高容量的同时增强耐久性。团队表示，该工作为高能量密度富锂正极材料设计提供了理论参考，并有助于先进锂离子电池的发展。