近日，我校物理科学学院教师在国际顶级期刊《Advanced Functional Materials》发表了题为“Voltage Hysteresis in Transition Metal Oxide Cathodes for Li/Na-Ion Batteries”的综述论文（Adv. Funct. Mater. 2023, 2300602）。青岛大学为第一单位，李洪森教授为本文的通讯作者，硕士研究生李菲（被南开大学录取攻读博士学位）、刘仁斌为共同第一作者。

为了满足电子产品、电动汽车和智能电网对大规模电化学储能日益增长的需求，锂/钠（Li/Na）离子电池作为高能量密度储能系统受到了广泛关注。然而，正极和负极之间的容量不匹配（正极容量比负极容量小了近一个数量级）严重阻碍了Li/Na离子电池发展。因此，正极是决定Li/Na离子电池电化学性能的关键因素，开发合适的正极材料对于Li/Na离子电池的商业化应用至关重要。目前所研究的正极材料主要包括层状过渡金属氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类和有机类等。其中，层状过渡金属氧化物因具有合适的工作电位、快速的二维离子扩散通道以及简单的合成方法而成为有前景的候选者。另外，普遍认为层状正极材料晶体结构中的原子构型必须是井然有序，这有利于离子的快速扩散。然而，随着无序岩盐（DRX）结构中三维离子扩散渗透理论的发现，这一观点正在被重新考虑。这种渗透发生在锂离子通过中间四面体位点从一个八面体位点跳到另一个八面体位点时，其中在四面体位点上的锂离子被视为是跳跃的活性锂。研究中已经发现了各种新型富锂DRX正极材料，并展示出了高容量(>250 mAh g-1)。这些层状过渡金属氧化物材料因其独特的优点而受到了全世界研究者的广泛关注。

尽管在应用方面展示出了高容量，但这些氧化物材料也面临着电压滞后和容量衰减问题，因为与充电时的氧化还原过程相关的电压不能在放电时恢复，这是阻碍这些材料发挥全部潜力的关键挑战。同时，这种电压滞后在整个电化学循环中持续存在，导致平均放电电压持续下降，不仅使能量密度最小化，大大降低了能源效率，而且阻碍了Li/Na离子电池的进一步发展和商业化。因此，对电压滞后的理解尤为重要。最早在LiFePO4材料中发现电压滞后时，实验限制和缺乏理论框架使研究人员无法对这一现象得出具体结论。随着研究电压滞后的分析技术日益成熟，现在可以重新评估对电压滞后来源的理解，甚至证明以前由于实验限制而无法获得的新发现。然而，电压滞后的基本机制目前仍然是一个极具争议的话题，有必要更全面地了解阻碍传统和最先进的正极材料性能进一步提高的潜在问题。李洪森教授团队通过整合各种观点介绍了电压滞后的来源和材料设计标准以减轻其的不良行为。随后，从文献中总结了大量与电压滞后相关的表征技术以及在其使用时相应的测量范围。最后，提出了抑制电压滞后措施的设计策略，使这些重要的正极材料重新走向实际应用。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202300602