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锰基层状氧化物因其高理论容量而成为钾离子电池 (PIB) 中最具吸引力的正极之一。然而，Mn3+的Jahn-Teller效应会导致有害的结构无序和不可逆的相变，导致循环稳定性较差。

武汉理工大学麦立强教授课题组为了探索Mn平均价态调节对Jahn-Teller效应的影响以及对PIBs电化学性能的影响，首次合成了一系列具有不同Mn含量的含钾层状氧化物（K0.5Mn0.9-xCoxFe0.1O2，x = 0.1、0.2、0.3和0.4）。由于电荷补偿，Mn平均价态随着Mn含量的减少而从3.625+增加到4+。随着Mn平均价态的增加，高压区的两对氧化还原峰逐渐减弱后消失，层状氧化物材料的循环稳定性得到提高。这些结果主要归因于Mn平均价态的增加有效抑制了局部结构中的Jahn-Teller效应。

此外，在这项工作中，Mn3+/4+价态也通过Mg2+和Ti4+部分取代Mn来调节。电化学惰性的Mg2+和Ti4+通常用作层状氧化物的结构稳定剂，从而提高循环寿命。然而，二价Mg和四价Ti对Mn3+/4+价态的调节作用相反。获得的具有高Mn价态的K0.5Mn0.6Co0.2Fe0.1Mg0.1O2表现出比具有低Mn价态的K0.5Mn0.7Co0.2Fe0.1O2和 K0.5Mn0.6Co0.2Fe0.1Ti0.1O2更好的循环稳定性。通过一系列实验测量和第一性原理计算，对结构、电化学性能和结构演变之间的关系进行了详细分析。

文献链接

Suppressing the Jahn–Teller Effect in Mn-Based Layered Oxide Cathode toward Long-Life Potassium-Ion Batteries

https://doi.org/10.1002/adfm.202108244