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  材料前沿
学院在锂离子电池层状材料原子反位机理取得重要进展
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        层状正极材料是锂离子电池领域最为广泛研究和应用的一种材料,如传统的三元层状材料和近来引起热点研究兴趣的富锂锰层状材料。在层状材料中,过渡金属元素NiCoMn发挥着不能的功能作用,直接影响层状材料的电化学性能,这也是长期以来一直还未完全研究清楚的重要问题。
       北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队与美国西北太平洋国家实验室Wang Chong-Min教授团队合作,通过球差电镜实验观测与第一性原理计算,发现在层状材料中Co和Mn原子倾向于保持在过渡金属层原有的位置,而一部分Ni原子倾向于与锂层的一部分锂原子位置反位互换。这种反位的程度在未达到饱和以前,与层状材料中Ni的含量几乎成线性关系。层状材料中晶格缺陷的影响将直接影响层状材料的电化学性能,如锂离子扩散和电压,这将为今后三元材料锂离子电化学性能的进一步优化提供了重要线索和理论指导。上述研究成果发表于国际著名期刊《材料化学》(Chemistry of Materials,DOI: 10.1021/acs.chemmater.5b02016, 影响因子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.
       我院为以上工作提供了重要的理论计算支持,新材料学院郑家新博士、硕士研究生韦屹参与了本项工作。以上工作得到了国家动力电池汽车重大专项、广东省创新团队、深圳市科技创新委基金(No. ZDSY20130331145131323, CXZZ20120829172325895, JCYJ20120614150338154)资助,以及深圳市国家超算中心的支持。


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文章链接: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemmater.5b02016
“Atomic-Resolution Visualization of Distinctive Chemical Mixing Behavior of Ni, Co, and Mn with Li in Layered Lithium Transition-Metal Oxide Cathode Materials”