南京理工大学朱俊武、薛亮Nat. Commun.：揭示水分子与尖晶石锰酸锂之间的相互作用

主要观点总结

本文研究了LiMn2O4在水系电解液中的固液界面反应机制，发现了H3O+嵌入LiMn2O4的现象，并揭示了其对材料性质的影响。创新点包括H3O+嵌入诱导形成富含Mn4+的梯度保护壳，以及H3O+对LiMn2O4容量衰减的影响。通过调控水系电解液的氢键作用，提高了LiMn2O4的循环性能。

关键观点总结

关键观点1: LiMn2O4在水系电解液中的界面反应研究

作者研究了LiMn2O4在水系电解液中的固液界面反应机制，发现了H3O+嵌入LiMn2O4的现象，并揭示了其对材料性质的影响。

关键观点2: H3O+嵌入LiMn2O4的机制和影响

作者发现H3O+嵌入LiMn2O4晶格中形成了梯度含Mn4+的保护层，增强了其质子耐受性，同时抑制了充放电过程中的相变程度。

关键观点3: 氢键网络调控在LiMn2O4电化学性能优化中的应用

通过改变水系电解液的氢键作用，调节LiMn2O4晶格中H3O+的含量，在提高材料结构稳定性的同时，保持足够的Li+扩散，有效提高了LiMn2O4在水系电解液中的循环性能。

关键观点4: 研究成果的意义和影响

本文的研究对于理解LiMn2O4在水系电解液中的反应机制和提高其电化学性能具有重要意义，为水系锂离子电池的发展提供了新的思路和方法。

文章预览

【研究背景】 尖晶石锰酸锂（LiMn 2 O 4 ）是被广泛应用的水系锂离子电池正极材料之一，不仅热力学结构稳定，同时其较高的充放电平台（~0.75 V vs. SCE和~0.89 V vs. SCE）能充分利用水系电解液氧生成反应发生前的有限正区间（~0 – ~1.3 V vs. SCE）。然而，LiMn 2 O 4 在水锂电中实际的电化学性能评价不一，难以观察到可靠的规律。虽然研究者们基于有机电解液的研究提出了H + 促进Mn 3+ 歧化溶解、Mn 2+ 的内部迁移富集等原因以解释其性能衰减，然而在界面反应更为复杂的水系电解液中，这些现象不足以解释LiMn 2 O 4 在水系电解液中异常的电化学性能。相比较有机电解液，水系电解液中的水分子及其衍生物体积更小、反应活性更高，更容易与电极材料发生反应。然而，现有的研究对于水分子及其衍生物对LiMn 2 O 4 的影响却鲜有报道，其固液界面反应机制和容量 ………………………………