近日，我校化学工程学院王贵欣教授团队在《Advanced Energy Materials》期刊发表了题为“Simultaneously Preventing Oxygen Evolution, Structure Degradation, and Thermal Release in Lithium-rich Layered Oxides via in Situ Surface Anchoring Negative Thermal Expansion Material”的研究论文（https://doi.org/10.1002/aenm.202503693）。该论文第一作者为我校化学工程学院2023级硕士研究生丁宁波，通讯作者是王贵欣教授，四川大学为唯一署名单位和通讯单位。

富锂层状氧化物（LRLOs）具有比容量高（>250·mAh g^-1）、工作电压范围宽（2.0−4.8 V）及环境兼容性好等优点，被认为是下一代高能量密度电池的潜在候选正极材料。然而，在高压长循环过程中，LRLOs会发生不可逆晶格氧析出，进而引发多米诺骨牌效应（晶格结构从层状向尖晶石相退化、电压平台持续衰减、热稳定性下降），严重制约了其持续发展。另外，电极材料循环过程中产生的热与形变会降低性能，严重时也会引起热失控、破损等安全问题。如何让富锂层状氧化物同时保持高容量和长期稳定性，成为困扰其应用的难题。

为应对上述挑战，研究团队提出了“原位锚定负热膨胀材料”的创新解决方案，构建了兼具“氧抑制-应变补偿-界面稳定-结构与热稳定性改善”的四重协同体系，通过提高氧析出能垒、动态调控热与形变、抑制材料晶格畸变、改善电极/电解液界面，降低释放热与氧、形变和副反应，提高容量、倍率、高温和循环稳定性，获得了比物理混合改性好的效果。锚定负热膨胀材料ZrW₂O₈的Li_1.2Ni_0.2Mn_0.6O₂表现出好的电化学性能，在25℃、1C下的可逆容量为201.3mAh/g，与未改性样品对比，循环500圈后的容量保持率提升了113.08%，析出氧和释放热的量分别降低了34.9%和28.03%，60℃循环后的应变降低了44.84%。

上述研究揭示了负热膨胀材料对富锂层状氧化物的改性机制，强化热与形变的协同调控，也为其它能源材料的性能提升提供了新思路，有望解决电池容量衰减和燃爆安全的痛点问题，推动电池产业的健康发展。

此外，在固态电解质领域，该研究团队基于结构、界面、热和力的协同调控机制，设计开发了负热膨胀材料LiZr₂(PO₄)₃改性的PVDF基复合固态电解质，在不加任何液态电解液和压力的情况下，将制备的新型复合固态电解质与金属锂和不同正极材料组装成全固态电池并展现出好的性能（使用该电解质的Li||LiFePO₄固态电池和Li||LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂固态电池在25 ℃和0.5 C下的可逆容量分别为133.9和171.6 mAh/g，循环300次和200次后容量保持率分别为90.4和87.7%，循环300 h后的应变分别降低37.7和33.6%。而且，在大电流和高温下也有好的性能），为固态电解质的改性和低成本高性能固态电池的应用提供了新策略和新进展。相关研究成果发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》（https://doi.org/10.1021/acsami.4c22175）上，该论文第一作者为我校化学工程学院2022级硕士研究生甄云鹏，通讯作者是王贵欣教授，四川大学为唯一署名单位和通讯单位。

为了进一步提高固态电解质的柔韧性和温度使用范围，研究团队构筑了高度交织层级多尺度网状结构离子凝胶，在-100~120ºC有好的结构完整性和力学性能，将其与碳布组装成全固态超级电容器，在无添加任何液态电解液和无外界压力的情况下功率密度达到210.00 W·kg⁻¹，经过5000次充放电循环后仍保持好的电极/电解质界面和电解质结构完整性。而且，该凝胶固态电解质也表现出好的应变与温度传感性能及抗菌性，为下一代快充电源和可穿戴自供电电子设备的开发提供了新策略。相关研究成果发表在《Materials Horizons》（https://doi.org/10.1039/D5MH01771H）上，该论文第一作者为我校化学工程学院2023级硕士研究生马东旭，通讯作者是王贵欣教授，四川大学为唯一署名单位和通讯单位。

王贵欣课题组 供稿

谢锐 审核

高敏 编辑

2025年11月28日