锂离子电池（LIB）行业对低成本、高能量密度的可持续正极材料的需求不断增长。富锂锰基层状（LMR）正极材料因其依赖于阳离子和阴离子氧化还原化学的高能量密度而被视为下一代锂离子电池的有前景的候选材料。然而，LMR的商业化受到电压和能量衰减的阻碍，这与过渡金属（TM）迁移和不可逆的结构退化有关。
在此，北京大学潘锋、中国科学院大学伦正言、香港中文大学张明建等人展示了一种有序-无序相干LMR正极材料，其平均电压更高（高出0.25 V），电压衰减可忽略（在100 mA·g⁻¹下循环100次后电压保持率为97.6%），并且循环稳定性增强（在100 mA·g⁻¹下循环200次后容量保持率为98%），相较于其层状氧化物对应物。北京大学新材料学院博士毕业生徐沈阳、硕士毕业生高志海，以及中国科学院大学陈浩为论文共同第一作者。
本文提出这种有序-无序相干结构设计能够在充放电过程中促进更同步和均匀的结构演变，从而最小化晶格应变，显著防止高电压下的层状坍塌和集体退化，提高电化学稳定性。研究表明，通过专门的有序-无序结构控制优化富锂正极材料的性能，以实现可持续能源存储是可行的。
图1. 电极结构表征
总之，该工作设计、合成并表征了一种具有有序-无序共格纳米结构的无钴LMR正极材料。这种独特的结构有效缓解了循环过程中常见的非均质应变问题，从而显著提升了循环稳定性和能量密度。增强的Li+扩散动力学归因于单向拉伸的抑制和过渡金属（TM）迁移的减少。
此外，有序-无序调控实现了O3型正极材料在循环过程中的均匀结构演化，从而提高了稳定性并实现了更可逆的锂脱嵌过程。因此，该工作不仅为富锂层状正极材料的进一步发展提供了重要见解，还凸显了短程有序-无序调控在能源存储材料中的关键作用。
图2. 作用机制
Minimizing Inter-Lattice Strain to Stabilize Li-Rich Cathode by Order-Disorder Control, Advanced Materials 2025 DOI: 10.1002/adma.202418580
潘锋，北京大学讲席教授，国家特聘专家，中国化学会会士，国家重点研发计划首席科学家，北京大学深圳研究生院副院长，深圳研究生院新材料学院创院院长。聚焦新能源与新材料产业关键问题，基于AI和自主发展的图论结构化学和材料基因组学，建立了新材料创制体系。任《结构化学》执行主编、《Journal of Materials Informatics》副主编、《化学进展》副主编，国际电化学能源科学学会（IAOEES）委员会委员、国际电动车锂电池协会（IALB）副主席。国家级电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心主任、广东省新能源材料设计与计算重点实验室主任。在Nature、Nature Energy、Nature Nanotechnology等期刊发表论文420余篇，被引3万余次。
伦正言，中国科学院大学化学科学学院副教授，课题组组长。2016年毕业于中国科学技术大学，获材料物理专业学士学位；2020年毕业于美国加州大学伯克利分校，获材料科学与工程博士学位，导师Gerbrand Ceder教授；2021-2022年6月于英国剑桥大学进行博后研究，合作导师化学系Clare P. Grey教授和物理系Akshay Rao教授。研究成果以第一作者或通讯作者发表在Nature Materials, Chem, Energy and Environmental Science, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials, Chemistry of Materials等顶级期刊。曾获中国科学技术大学郭沫若奖学金，国际材料研究学会 (Materials Research Society, MRS) 优秀研究生奖牌，国家留学基金委优秀自费留学奖学金等学术奖励，并入选中组部2021年海外高层次人才计划。
张明建 于2022年9月加入香港中文大学（深圳）理工学院担任助理教授。当前研究方向为能量转换与存储材料的构效关系研究，特别是基于同步辐射、中子、透射电镜等多光源多模原位无损表征技术研究锂/钠离子电池正极材料在制备和工况下的构效关系。截至目前已在Sci. Adv., J. Am. Chem. Soc., Adv. Energy Mater., Nano lett.等国际期刊发表SCI收录文章70余篇，引用3100余次，H index: 33。