锂离子电池因其高能量密度和长循环寿命而备受关注。正极材料作为锂离子电池的核心组成部分，其结构和性能直接决定了电池的整体表现。锂富集材料（Li-rich materials）因其独特的结构和优异的电化学性能，成为研究热点之一。
在此，四川大学郭孝东、邱浪，卧龙岗大学Liu Jiayang等人通过系统的实验设计和多种先进表征技术，深入研究了锂富集材料在烧结过程中的相变行为。作者以Ni₀.₂₅Mn₀.₇₅(OH)₂为前驱体，通过共沉淀法制备了准球形的二次颗粒，并在高温烧结过程中引入锂源（如LiOH·H₂O），观察了材料从初始相到最终相的结构演变。此外，作者利用原位高温X射线衍射（XRD）和原位高温拉曼光谱技术，实时监测了材料在烧结过程中的相变过程。
结果表明，随着锂和氧的引入，前驱体首先转化为中间的立方尖晶石相LixTM₁₋xTM₂O₄（Fd̄3m），随后转变为层状结构，并伴随着从菱面体相到单斜相的转变。通过XRD精修和同步辐射X射线吸收光谱（XAS）分析，作者揭示了过渡金属（TM）空位在相变中的关键作用。这些空位源于TM离子的层间迁移，是LiTMO₂（R̄3m）向Li₂TMO₃（C2/m）相变的主要驱动力。
此外，作者还通过时间分辨的原位XRD技术，定量分析了相变的动力学过程，并计算了相变的活化能。实验结果表明，高温处理有利于Li₂TMO₃（C2/m）相的形成。
图1. 前驱体与LiOH·H₂O混合物的原位高温拉曼光谱图
总之，该工作深入解析了锂富集材料在烧结过程中的相变行为，揭示了LiTMO₂（R̄3m）向Li₂TMO₃（C2/m）的相变机制。作者通过多种先进表征手段，发现过渡金属离子的层间迁移导致的空位是相变的主要驱动力。这一发现不仅为理解锂富集材料的结构演变提供了新的理论依据，还为高性能正极材料的设计提供了新的思路。从实验结果来看，高温处理有利于Li₂TMO₃（C2/m）相的形成，而这一相的存在对材料的电化学性能有着重要影响。此外，作者进一步提出了通过调控加热温度来调节结构有序性的概念，这为优化材料性能提供了新的方向。
图2. 原始样品的结构和电化学性能图
Phase Transition Behavior During Sintering Process of Li-Rich Materials, Advanced Energy Materials 2025 DOI: 10.1002/aenm.202406031
郭孝东，教授，博士生导师。化学工程学院院长，获杰出青年科学基金项目、教育部青年人才项目，英国皇家化学会会士(FRSC)、天府万人计划，广东省韶关市创新团队带头人，全国首届“黄大年”式教师团队骨干(负责新能源方向)。主要从事化工新材料相关研究，聚焦二次电池关键材料从基础理论研究到应用技术的开发。获国家自然科学基金（重点项目、面上项目等）、四川省杰出青年基金。近五年，以第一/通讯作者发表学术论文100余篇，引用次数超过10000次；申请发明专利53件，授权专利20件。同时承担Nano Res. Energy，Ecomat等知名刊物青年编委，四川省金属学会理事，四川省科技协同创新促进会创业导师等学术兼职工作。