ECE 论文解读 ▎高镁锂比盐湖提锂新进展：Zr改性LiMn2O4膜电极导电性-循环稳定性协同优化。论文标题：Zr-modified LiMn2O4-based film electrode with enhanced electrical conductivity and structural stability for electrochemical lithium extraction from brine lakes
期刊：ENGINEERING Chemical Engineering
作者：Peng Li, Yongzhen Ma, Wenbiao Ma, Yingjie Liu, Xiaowei An, Jin Chang, Zheng Zhang, Xiaogang Hao
发表时间：21 Jul 2026
DOI：10.1007/s11705-026-2694-y
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文章信息
▎文章题目
Zr-modified LiMn2O4-based film electrode with enhanced electrical conductivity and structural stability for electrochemical lithium extraction from brine lakes
▎文章来源
Peng Li, Yongzhen Ma, Wenbiao Ma, Yingjie Liu, Xiaowei An, Jin Chang, Zheng Zhang, Xiaogang Hao. Zr-modified LiMn2O4-based film electrode with enhanced electrical conductivity and structural stability for electrochemical lithium extraction from brine lakes. ENG. Chem. Eng., 2026, 20 (10) : 81DOI:10.1007/s11705-026-2694-y
文章导读
尖晶石锰酸锂（LiMn2O4，LMO）存在结构稳定性不足和本征电子导电性差的缺陷，限制了其在电控离子交换（ESIX）提锂工艺中的应用。太原科技大学张正团队和太原理工大学郝晓刚团队在ENG. Chem. Eng.上发表论文，制备了Zr改性LiMn2O4（LZMO）膜电极用于从盐湖卤水中选择性提锂。结合实验与密度泛函理论计算分析表明，Zr改性能够调控电子结构，强化Mn-O杂化作用，同步改善膜电极电子导电性与结构稳定性。一方面，电子结构的调控加速电荷转移，优化电化学动力学性能；另一方面，Zr掺杂可改善Mn-O局部配位环境，降低Mn3+占比，有效抑制锰离子溶出，提升膜电极结构完整性。针对察尔汗盐湖真实卤水，LZMO-0.03膜电极在恒电流-恒电压驱动模式下，锂提取量可达22.16 mg·g–1，能耗仅3.61 Wh·mol–1，锂镁分离因子高达685.43。经过20次连续嵌锂-脱锂测试，该膜电极的锰溶损率仅为未改性LMO膜电极的51.8%。
文章亮点
锆掺杂同步调控晶体与电子结构，抑制锰溶出与姜?泰勒晶格畸变
通过高温固相法实现Zr掺杂改性，Zr优先占据Mn (16d)位点引发晶格适度膨胀；强化Mn-O p-d 轨道杂化，降低Mn3+占比，削弱姜?泰勒畸变驱动力。XPS结果证实Zr改性能够缓解循环过程Mn价态演变，显著抑制Mn溶出，从材料本征层面提升尖晶石锰酸锂的结构完整性。
锆改性优化离子-电子输运，提升电极电化学动力学与循环稳定性
Zr掺杂实现对膜电极电子结构的有效调控，使电荷转移电阻下降21.2%，同时引发晶格膨胀，拓宽Li+扩散通道，相较于未改性LMO膜电极，Li+扩散系数提升一个数量级。多组不同电解液条件下的CV测试表明，晶格限域效应赋予该膜电极优异的Li+选择识别能力。500次CV循环后，LZMO-0.03膜电极电荷容量保持率可达90.24%，显著优于未改性LMO膜电极（81.55%），实现了膜电极导电性与循环稳定性的协同提升。
恒电流-恒电压（CCCV）模式优化ESIX工艺，实现真实盐湖卤水高效提锂
通过对膜电极涂层厚度、阈值电压及驱动模式开展系统优化，确立78.71 μm涂层厚度、1.0 V 1.0 mA CCCV最优工艺条件。在察尔汗盐湖真实卤水体系下，LZMO-0.03膜电极的锂提取量可达22.16 mg·g–1，能耗仅3.61 Wh·mol–1，Li+/Mg2+分离因子高达685.43；经过20次循环测试后，锰溶损率降至未改性LMO膜电极的51.8%，表明该膜电极在高镁锂比真实卤水中具备高效提锂的实际应用潜力。
亮图展示
图4(a) LMO与LZMO的晶体结构示意图；(b) LMO和(c) LZMO的Mn分波态密度 (PDOS)计算结果。
图5 LZMO膜电极基于ESIX技术的Li+分离机理示意图。
图6(a) 不同涂层厚度下LZMO-0.03膜电极的锂离子嵌入量与膜电极电阻；(b) 不同电压条件下的锂嵌入容量；(c) 不同驱动模式下锂离子嵌入容量；(d)不同驱动模式下的能耗；(e)膜电极在真实卤水中的循环提锂性能；(f)膜电极在循环过程中的锂离子脱嵌率；(g) Li+/Mg2+、Li+/Na+、Li+/K+、Li+/Ca2+的分离因子；(h) LMO与LZMO-0.03的锰溶损率对比；(i) LZMO-0.03与不同膜电极的锂离子提取量和能耗对比
作者简介
第一作者: 张正，太原科技大学硕士生导师，主要研究方向为电活性离子交换功能膜材料及膜组件开发。
通讯作者 : 郝晓刚，太原理工大学二级教授，博士生导师。主要研究方向涉及电活性功能材料、膜分离、碳基资源清洁转化、计算化学工程等领域。主持国家重点研发计划国际合作专项、国家自然科学基金区域创新发展联合基金重点项目、面上项目等各类科研项目30余项。
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来源：ENGINEERING Chemical Engineering