Nature Materials:锂电为什么会超出理论容量？

　　在锂离子电池(LIBs)中，许多基于过渡金属氧化物的电极表现出超过了理论值的高储存容量。近日，加拿大滑铁卢大学苗国兴、美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华、青岛大学李洪森和李强使用原位磁性监测技术来证明了金属纳米粒子表面存在较强的电容，并证明了大量的自旋极化电子可以储存在已经还原的金属纳米粒子中(在过渡金属氧化物电池低电流放电过程中形成），这与空间电荷机制是一致的；通过磁性变化量化表面电容，进一步表明这种表面电荷容量是Fe₃O₄/Li模型体系中额外容量的主要来源，并同时适用在CoO、NiO、FeF₂和Fe₂N体系。相关成果以“Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries  revealed by in situ magnetometry”为题发表在Nature Materials上。

图1 | Fe₃O₄电极表征。a、 循环电流密度为100mA/g的Fe₃O₄/Li电池恒流充放电曲线。插图显示了晶体的反尖晶石结构。b、 全锂化Fe₃O₄电极的BF-STEM图像。c、 高分辨率BF-STEM图像显示在团块内部Li₂O和Fe的存在d、Fe₃O₄电极锂化前（黑色）后（蓝色）磁滞曲线及后者的Langevin拟合曲线(紫色)。

图2 |原位XRD和磁性监测表征

图3 |相变和磁响应原位观察

图4 | 0.01–1V电位窗口下的电化学性能和原位磁性表征

图5 | Fe/Li₂O界面自旋极化电子的表面电容示意图

　　原文链接：

　　Extra storage capacity in transition metal oxide lithium-ion batteries revealed by in situ magnetometry (Nature Materials, 2020, DOI: 10.1038/s41563-020-0756-y)

　　https://www.nature.com/articles/s41563-020-0756-y