新材料學(xué)院在鋰電池材料界面梯度重構(gòu)提升性能方面取得重要進(jìn)展
? ??新材料學(xué)院2019年10月14日訊，我院潘鋒教授團(tuán)隊(duì)在研究工作中取得重要進(jìn)展。
? ? 眾所周知，鋰電池已經(jīng)廣泛應(yīng)用于手機(jī)和電動(dòng)車。層狀材料有著較高的比容量，被作為動(dòng)力電池的正極材料應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外中高端電動(dòng)汽車上（如特斯拉電動(dòng)車），但隨著需求不斷的發(fā)展，人們對(duì)其能量密度、循環(huán)性能和倍率性能等方面的要求也越來(lái)越高。提升過(guò)渡金屬氧化物層狀正極材料各項(xiàng)電化學(xué)性能的方法多種多樣，其中通過(guò)摻雜其他元素，如（Al、Ti）等可以提升材料的循環(huán)性能和倍率性能，滿足當(dāng)下對(duì)動(dòng)力電池快充和壽命方面的需求，因此成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)，如何有效摻雜及摻雜后性能提升的機(jī)理尚未了解，需要進(jìn)一步研究。
圖1 鋰電池層狀材料界面Ti梯度摻雜形成新型的界面重構(gòu)及提升電池性能
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? ? 近日，由北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授領(lǐng)導(dǎo)的清潔能源中心研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用中子衍射、x-射線吸收譜（XPS）、高精度及原子尺度顯微鏡（HR-TEM及球差TEM）結(jié)合第一性原理量子化學(xué)計(jì)算，對(duì)鋰電池過(guò)渡金屬氧化物層狀材料界面Ti梯度摻雜形成新型的界面重構(gòu)、提升電池充放電速率和循環(huán)穩(wěn)定性及相關(guān)機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，該工作近日發(fā)表在能源材料領(lǐng)域知名期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials， IF=24.884）上。
? ? 潘鋒課題組通過(guò)自主創(chuàng)新的Ti梯度摻雜的方法，在高鎳正極層狀材料LiNi0.8Co0.2O2（NC82）的表面構(gòu)建了約6納米厚具有Ti-O結(jié)構(gòu)基元及Li/Ni反位的新型界面結(jié)構(gòu)。因?yàn)門i-O強(qiáng)的化學(xué)鍵結(jié)合力，使得在合成的過(guò)程中界面的氧原子穩(wěn)定性提高，該重構(gòu)的界面能阻止材料與H2O、CO2和電解液的反應(yīng)，在合成過(guò)程中抑制表面形成的雜相（如NiO類型的巖鹽相、Li2CO3等），從而提升材料的電化學(xué)性能，尤其是倍率性能和循環(huán)性能。 這種構(gòu)造表面層狀相的保護(hù)機(jī)制，能夠克服常規(guī)表面惰性包覆方式對(duì)電荷傳輸?shù)膿p害，為基于高鎳材料自身表面化學(xué)特性調(diào)控，獲得兼具高容量、高倍率、高穩(wěn)定性的正極材料提供了新的手段。?
圖2 高精度電子顯微鏡HR-TEM和原子精度的球差電鏡圖像
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? ? 本工作由新材料學(xué)院潘鋒教授指導(dǎo)完成，該論文共同第一作者為其碩士生孔德飛和博士生胡江濤，張明建、肖蔭果和潘鋒等老師為共同通信作者。
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文章鏈接： https://doi.org/10.1002/aenm.201901756
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