北京理工大学吴锋院士团队JEC：轨道耦合调控助力高性能钙二次电池锰基正极材料

背景：开发高能量密度、低成本且安全的下一代储能系统至关重要，可充电钙二次电池因其资源丰富、成本低等优势成为有前景的候选者，但二价Ca²⁺与宿主材料间的强静电相互作用导致扩散缓慢和结构畸变，是高性能正极材料设计的核心挑战。研究目的：北京理工大学吴锋院士团队提出多协同层间工程策略，通过Ca²⁺预嵌入与缺陷工程的协同作用，旨在同时提升层状δ-MnO₂的结构稳定性、离子迁移率和电子电导率，从而构建高性能钙二次电池正极材料。结论：该策略成功制备了Ca-MnO₂材料，实现了三重协同效应：稳定并扩大层间距；通过轨道耦合稳定高价Mn，抑制结构畸变；利用氧空位增强导电和离子传输。材料在0.1 A g⁻¹下提供约100 mAh g⁻¹的可逆容量，在1 A g⁻¹下循环1200次后容量保持约65 mAh g⁻¹，性能显著提升。这项工作为钙二次电池提供了高性能正极材料，并为多价离子电池体系提供了普适性的材料设计新思路。