该图概述了研究人员合成的两种氟氧化物的结构和形态特征。图片来源：Ji等。

近年来，锂基电池已被广泛用于为包括平板电脑、智能电话和便携式计算机在内的各种电子设备供电。这些电池具有称为电池的不同隔室，每个隔室包含被称为电解质的化学物质隔开的正极和负极。

正极通常由锂化合物组成，例如LiCoO2或LiFePO4，而负极通常由碳制成。另一方面，将它们隔开的电解质可以由多种化学物质制成。

鉴于锂离子电池使用的快速增长，全世界的研究人员一直在尝试寻找可以提高其效率和性能的材料。理想情况下，这些材料应包含在地球上丰富且具有高能量密度的元素。

加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员最近推出了一种新的策略，用于设计功率和能量密度非常高的锂基电池的电极材料。在《自然能源》上发表的一篇论文中概述了该策略，该方法需要使用两种具有部分尖晶石状顺序的本体氟化氧，即Li1.68Mn1.6O3.7F0.3和Li1.68Mn1.6O3.4F0.6。研究人员使用一种称为机械化学合金化的技术合成了这两种氟氧化物。

研究人员在论文中写道：“我们证明，将部分尖晶石样的阳离子有序和大量的过量锂结合在一起，可以实现密集又快速的能量存储。” 阳离子过量化学计量法和由此产生的偏序被用来消除有序尖晶石典型的相变并实现更大的实际容量，而过量的锂则与氟取代协同使用以产生高的锂迁移率。”

迄今为止，研究人员介绍的阴极材料设计方法被证明是很有前途的。在一系列初步实验中，所得到的阴极实现了超过1100Wh/kg的能量密度，放电率高达20A/G和360mAh/g容量，这是已知的最高数值之一。此外，即使将电池充电多次以后，随着时间的流逝，仍会保持很大一部分容量。

有趣的是，几乎一半的容量是由称为氧氧化还原的过程产生的。尽管这种现象已经在富锂的Ni-Mn-Co层状氧化物中得到了广泛研究，但在尖晶石型阴极（如研究人员合成的阴极）中却很少见到。

在他们的实验中，研究人员还能够优化阳离子过量化学计量和过剩的锂，这两种化学性质有助于调整电极材料的结构。这使它们能够实现许多理想的阴极特性，例如快速的锂传输动力学和出色的电压曲线。

将来，该设计策略可以作为实现高功率和高能量密度锂基电池正极材料的指南。此外，在他们的研究中合成的两种氟氧化物可用于制造新型高性能电池。