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鋰離子電池由于其高能量密度，長循環壽命，被廣泛應用于便攜式電子設備，新能源汽車以及大規模儲能設施。然而鋰離子電池負極材料（如石墨，硅碳等）具有其較低的鋰化電位，導致電解液在循環過程中在材料表面持續分解，形成不可逆固態電解質膜，大量消耗電池中的鋰，進而使得電池能量密度持續降低，極大程度損害電池循環壽命。因需要此引入額外的鋰離子來提升電池能量密度和循環壽命。草酸鋰（Li_­2C₂O₄）由于其高理論容量，較低的理論分解電位以及成本，被認為是理想的預鋰化劑，然而由于其較高的反應能壘和低固有電導率導致其分解電位高于4.5 V，這嚴重考驗了電解液和電極的耐受性，并極大地影響了電池性能。傳統改性策略如引入催化劑或者導電劑等方法可以有效提升材料的導電性，降低材料的分解能壘，進而降低草酸鋰的分解電位。然而草酸鋰的分解電位始終高于4.0V，遠高于商業磷酸鐵鋰正極材料的工作電位，因此迫切需要引入一種新的催化劑以構建低分解電位草酸鋰預鋰化劑，以彌補鋰離子電池不可逆鋰損失，助力電池長壽命循環。

【工作簡介】

近日，華中科技大學謝佳教授和霍開富教授等通過構建具有（002）優勢晶面二維MoN催化劑，促進Li_­2C₂O₄的低電位分解。氮化鉬具有表面鉬原子的半填充電子態和超高電子傳導性，能有效吸附和催化Li_­2C₂O₄的分解，從而將鋰釋放反應能壘降低了 46.8%。因此，Li_­2C₂O₄ 的鋰釋放電位降低到3.9 V。該文章發表在國際頂級期刊Materials Science and Engineering: R: Reports上。呂涂安、鐘偉和何仁杰為本文第一作者。

【內容表述】

由于草酸鋰本身較低的電子和離子電導率使得其實際分解電位較高。為了降低草酸鋰的分解電位，催化劑的選取尤為重要。其不僅需要降低草酸鋰的分解活化能，同時本身需要較高的電子電導。本文設計的具有（002）優勢晶面的二維氮化鉬，其本身具有較高的電子導電性，同時表面Mo原子的3d軌道半填充狀態能有效的對草酸鋰進行吸附和催化草酸鋰分解，使得材料的分解活化能降低，最終制備得到3.9V低分解電位草酸鋰催化劑。

核心結論

本文合成了一種具有優勢（002）晶面的二維 MoN 催化劑。由于其表面的 Mo 原子處于半填充狀態，MoN 催化劑能有效吸附和催化Li₂C₂O_4，Li₂C₂O₄的反應能壘顯著降低了 46.8%。此外，它的高電子傳導性增強了MoN-Li₂C₂O₄的傳導性，使 Li₂C₂O₄的分解電位降至 3.9V。當與 LFP 和 NCM 電極配對時，MoN-Li₂C₂O₄復合材料使石墨 || LFP-L 電池和 SiOx || NCM-L 電池的容量分別提高了5.5%和11%。更重要的是，Li₂C₂O₄誘導了富氟 SEI，從而延長了電池的循環壽命。

【文獻詳情】

Tuan Lv, Wei Zhong, Renjie He, Feng Zhou, Jingyu Xiang, Kaifu Huo*, Jia Xie*, Low-potential Li₂C₂O₄ prelithiation catalyzed by 2D MoN with dominant (002) crystal face for high-energy lithium-ion batteries, Materials Science and Engineering: R: Reports, 2025, 165, 101014.

https://doi.org/10.1016/j.mser.2025.101014.

【作者簡介】

謝佳，華中科技大學教授、博士生導師，國家杰出青年基金獲得者，國家高層次人才計劃青年項目入選者，科技部重點研發計劃和青年973項目首席科學家，英國皇家化學學會Fellow，先進電工材料與器件研究中心副主任，IEEE PES中國區儲能材料與器件技術分委會副主席。2002年和2008年在北京大學和斯坦福大學分別獲學士和博士學位，曾任美國陶氏化學資深研究員、合肥國軒高科研究院院長。主要從事電化學儲能研究，主持儲能電池領域重點研發計劃、青年973、基金委杰青和聯合基金重點等多個國家級項目，以第二完成人榮獲國家科技進步二等獎，以第一完成人榮獲新疆科技進步一等獎、中國電工技術學會科技進步一等獎和首屆青年科技獎。以第一/通訊作者發表SCI論文200余篇，獲專利授權100余項。擔任《儲能科學與技術》編委和Interdisciplinary Materials學術編輯。

霍開富教授，華中科技大學武漢光電國家研究中心教授、博士生導師、“華中卓越學者”首席教授。國家萬人計劃科技創新領軍人才、國家百千萬人才、國家有突出貢獻中青年專家、國務院政府特殊津貼專家、英國皇家化學會會士、湖北省有突出貢獻中青年專家、湖北省新世紀高層次人才、湖北省楚天學者特聘教授和武漢市黃鶴英才。主要從事電化學儲能和能源催化研究。主持國家自然科學基金聯合基金重點/面上、湖北省技術創新重大項目、湖北省自然科學基金創新群體、湖北省楚天英才創新團隊等科研項目20余項，發表SCI論文200余篇，他引16,000余次，H因子為68，授權中國發明專利50余項（其中15項專利實現成果轉化）。兼任IEEE PES儲能材料與器件分委會常務理事、中國電工技術學會超級電容器與儲能技術專委會委員、中國能源學會專家委員會新能源組專家委員、中國復合材料學會礦物復合材料專委會委員。