近日，金沙赌场 肖荫果团队在国际学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》上发表题为“Boosting Initial Coulombic Efficiency in Li-Rich Mn-based Cathodes by Tuning Orbital Hybridization”的研究论文，该成果被期刊遴选为热点论文（Hot Paper）。富锂锰基正极材料因其阴离子氧化还原反应所提供的高比容量优势，被认为是下一代锂离子电池的关键材料。然而，该材料在首次充电过程（>4.5 V）中存在的晶格氧不可逆流失、过渡金属迁移及表面结构重构等问题，导致初始库仑效率低下、电压持续衰减和容量衰退，严重制约了其实际应用。

图1. 研究成果在Angew. Chem. Int. Ed期刊的发表页面

研究团队创新性地提出通过调控过渡金属3d与氧2p轨道杂化的策略，成功解决了富锂锰基正极材料初始库仑效率低的难题。实验结果表明，该策略将初始库仑效率从85.3%显著提升至102.5%，同时实现了291.2 mAh·g⁻¹的高比容量。研究通过中子粉末衍射实验精确量化了材料中的氧空位含量，并利用同步辐射软X射线吸收谱实验表征证实了Co/Mn t_2g轨道与O 2p轨道杂化程度的降低。这一调控不仅有效抑制了不可逆的阴离子氧化反应和晶格氧流失，还成功激活了费米能级以下的Co²⁺/Co³⁺氧化还原电对，同时抑制了易引发结构不稳定的Mn⁴⁺/Mn⁴⁺电对。该研究深入揭示了轨道杂化程度对阴离子氧化可逆性及氧化还原电对活性的调控机制，充分展现了中子和同步辐射大科学装置在新能源材料研发领域的优势和应用价值。

图2.正极材料在不同电压态的电子结构和晶体结构演变过程

北京大学深圳研究生院金沙赌场 肖荫果长聘副教授、蒲禹光博士与英国剑桥大学王睿博士为该论文共同通讯作者，我院博士研究生曾淘为第一作者。该项工作获得国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”重点专项课题、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金重大研究计划项目、广东省基础与应用基础研究基金重点项目和东莞松山湖大科学装置（散裂中子源）开放课题的资助。

论文链接：//doi.org/10.1002/anie.202501777