近日，温州大学袁一斐教授与南昆士兰大学王浩教授团队在《Nano Research》上发表了题为“A novel rock-salt structure high-entropy oxideFe0.2Co0.2Ni0.2Cu0.2Zn0.2O as a highly reversible lithium storage material”的论文，通过焦耳加热技术在3秒内超快速合成岩盐结构高熵氧化物Fe₀.₂Co₀.₂Ni₀.₂Cu₀.₂Zn₀.₂O，将其首次用作锂离子电池转换型负极材料，发现该材料具有优异的电化学性能和循环稳定性，揭示了其锂存储机制，为高性能锂离子电池负极材料设计提供了指导。

【研究背景】

1.现有anode材料存局限：当前商用插层型anode材料（如石墨）能量密度较低，难以满足高储能需求；硅基材料虽能量密度高，但体积膨胀严重，仍需改进。

2.过渡金属氧化物（TMOs）的潜力与挑战：TMOs作为转换型anode材料，理论容量高于石墨，体积膨胀小于硅基材料，但循环中仍会因体积变化导致电极开裂、容量衰减。

3.高熵氧化物（HEOs）的研究现状：HEOs因多金属协同效应和结构灵活性成为研究热点，但存在合成耗时、制备复杂、锂存储机制不明等问题，限制其应用。

【研究方法】

1.材料合成工艺：采用焦耳加热技术超快速合成岩盐结构高熵氧化物Fe₀.₂Co₀.₂Ni₀.₂Cu₀.₂Zn₀.₂O。具体步骤：将等摩尔比例的Fe₂O₃（99%）、CoO（99.9%）、NiO（99.9%）、CuO（99.5%）和ZnO（99.8%）加入氧化锆球磨罐，与不锈钢球以400转/分钟的转速球磨4小时；将混合粉末分取0.35克，在8MPa压力下压制成直径1.5cm的圆片；以石墨片为支撑和导体，将前驱体圆片夹在氧化铝片间，置于石墨片堆中心，在氩气氛围加热室中，3秒内快速加热至1350K，随后迅速冷却至室温，整个过程在10秒内完成；最后将烧结后的HEO在石英坩埚中粉碎，用于电极制备。

2.材料表征手段：采用多种技术对材料进行全面表征。X射线衍射（XRD，Bruker D8 Advance，Cu Kα光源，40kV，40mA，2θ范围20°-80°）分析晶体结构；电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES，PE Optima 8000）定量分析元素组成；透射电子显微镜（TEM，JEM-2100F，200kV）和扫描电子显微镜（SEM，Nova 200 Nano SEM，15kV）观察微观结构；能量色散X射线光谱（EDS）和选区电子衍射（SAED）分析成分与晶体结构；X射线光电子能谱（XPS，PHI5000 VP III，K-alpha，以C 1s峰284.8eV校准）分析价态变化。

3.电化学性能测试：以CR2032扣式半电池评估HEO anode的电化学性能。电极浆料制备：HEO粉末、科琴黑导电碳、海藻酸钠粘结剂按7:2:1质量比在去离子水中混合，2000转/分钟球磨10分钟；将浆料涂覆在铜箔集流体上，80℃真空干燥12小时，冲成12mm直径圆片，活性物质负载量约1mg/cm²。电解质为1 M LiPF₆溶于EC:DMC:DEC=1:1:1（v/v），使用Whatman GF/D玻璃纤维隔膜，在氩气手套箱中组装电池。采用 CHI 760E电化学工作站进行循环伏安（CV）测试，电压范围0.01-3.00 V（vs. Li⁺/Li）；Neware CT-4008电池测试仪进行恒流充放电和倍率性能测试，电压范围相同。循环后电池在手套箱中拆解，电极用DMC冲洗，惰性气氛干燥24小时后进行后续分析。

【研究结果】

1.材料结构确认为单相岩盐结构：XRD 显示材料在 36.6°、42.5°、61.7°等位置有特征峰，对应岩盐结构的（111）、（200）、（220）晶面，晶格熵1.61R，符合高熵材料标准；TEM和EDS证实元素均匀分布，无偏析。

图1.结构与元素表征

2.电化学性能优异：在0.1A/g下，200次循环可逆容量达1310mAh/g；5A/g下，3000次循环容量保持705mAh/g，容量retention 87.16%，库仑效率接近99.8%，优于多数已报道HEO材料。

图2.电化学性能数据

3.锂存储机制明确：ZnO电化学惰性，作为结构支柱维持岩盐框架；Fe、Co、Ni为容量主要贡献者，可可逆氧化还原；Cu还原为Cu⁰形成导电网络，提升电子传导性。

【展望】

1.优化元素组成与结构设计：通过梯度掺杂增加Fe₃O₄、NiO等活性元素比例，同时保留ZnO稳定结构，进一步提升电化学性能。

2.提高初始库仑效率：未来可通过表面涂层增强离子/电子传导、设计核壳结构减少活性物质与电解质接触、优化电解液添加剂抑制分解等策略改善。

3.拓展应用场景：该研究为高熵材料在下一代长寿命二次电池中的应用提供指导，有望推动其在电动汽车、储能系统等领域的实用化。