層狀正極材料是鋰離子電池領(lǐng)域最為廣泛研究和應(yīng)用的一種材料，如傳統(tǒng)的三元層狀材料和近來(lái)引起熱點(diǎn)研究興趣的富鋰錳層狀材料。在層狀材料中，過渡金屬元素NiCoMn發(fā)揮著不能的功能作用，直接影響層狀材料的電化學(xué)性能，這也是長(zhǎng)期以來(lái)一直還未完全研究清楚的重要問題。
北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授團(tuán)隊(duì)與美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Wang Chong-Min教授團(tuán)隊(duì)合作，通過球差電鏡實(shí)驗(yàn)觀測(cè)與第一性原理計(jì)算，發(fā)現(xiàn)在層狀材料中Co和Mn原子傾向于保持在過渡金屬層原有的位置，而一部分Ni原子傾向于與鋰層的一部分鋰原子位置反位互換。這種反位的程度在未達(dá)到飽和以前，與層狀材料中Ni的含量幾乎成線性關(guān)系。層狀材料中晶格缺陷的影響將直接影響層狀材料的電化學(xué)性能，如鋰離子擴(kuò)散和電壓，這將為今后三元材料鋰離子電化學(xué)性能的進(jìn)一步優(yōu)化提供了重要線索和理論指導(dǎo)。上述研究成果發(fā)表于國(guó)際著名期刊《材料化學(xué)》（Chemistry of Materials，DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b02016， 影響因子9）上。
Figure Crystal models showing interlayer exchange of Li/Ni, Li/Co,and Li/Mn in the NCM424 cathode. ΔE indicates total energy increase due to Li/TM exchange. Comparison between our EDS measurement and previous XRD and neutron diffraction measurements on Li/Ni interlayer mixing levels as a function of Ni contents.
我院為以上工作提供了重要的理論計(jì)算支持，新材料學(xué)院鄭家新博士、碩士研究生韋屹參與了本項(xiàng)工作。以上工作得到了國(guó)家動(dòng)力電池汽車重大專項(xiàng)、廣東省創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、深圳市科技創(chuàng)新委基金(No. ZDSY20130331145131323, CXZZ20120829172325895, JCYJ20120614150338154)資助，以及深圳市國(guó)家超算中心的支持。
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“Atomic-Resolution Visualization of Distinctive Chemical Mixing Behavior of Ni, Co, and Mn with Li in Layered Lithium Transition-Metal Oxide Cathode Materials”
