新材料學院在Journal of Materials Chemistry A發(fā)表封底文章
? ? ? 目前電動車動力電池和消費電子電池都需要高能量密度和功率密度（快速充放電）的鋰電池。富鋰電極材料除了能提供更高的容量之外，富鋰結(jié)構(gòu)對產(chǎn)業(yè)在應用的Li1+xFe1-xPO4、Li2+2xFe1-xSiO4、Li2MnO3等材料中的Li離子遷移有一定的促進作用，能提高鋰電池的充放電速度。富鋰相的尖晶石錳酸鋰Li1+xMn2-xO4也是常見的富鋰材料之一，但此前缺乏對其Li離子遷移的系統(tǒng)性研究工作。
圖 1 富鋰相尖晶石錳酸鋰快速擴散機理
理論配比相超胞(a)和富鋰相超胞(b)中Mn離子的價態(tài)分布以及超胞所包含的鋰離子擴散通道對應的gate sites上的離子分布；(c)不同鋰離子擴散通道的遷移能壘
? ? ? 北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授課題組通過第一性原理計算方法系統(tǒng)地研究了富鋰相尖晶石錳酸鋰中Li離子的擴散性能，發(fā)現(xiàn)富鋰結(jié)構(gòu)對這一體系的Li離子遷移同樣有著促進作用。尖晶石錳酸鋰結(jié)構(gòu)中存在一類被稱為“gate sites”的基元負責調(diào)控Li離子的擴散。該研究發(fā)現(xiàn)，富鋰構(gòu)型為體系引入了兩種Li離子遷移的快速通道，從而提升了Li離子的擴散性能。第一種快速通道的產(chǎn)生是由于富余的Li+取代了gate sites上的Mn3+，降低了gate sites上的陽離子與發(fā)生遷移的Li離子之間的庫侖排斥。第二種快速通道的產(chǎn)生則是由于富鋰后gate sites上出現(xiàn)了更多分布對稱的Mn4+，它們對遷移的Li離子的庫倫排斥力在垂直于Li遷移路徑的平面上相互抵消，從而降低了Li的遷移能壘。此外，在一些慢速通道中，發(fā)生在gate sites上極子轉(zhuǎn)移與Li離子的遷移耦合在了一起，導致了這些通道的高能壘。
? ? ? 該研究成果近期發(fā)表在能源材料學科前5%的國際頂級雜志Journal of Materials Chemistry A（JMCA）上（J. Mater. Chem. A, 2018, 6(21): 9893-9898，影響因子8.867），并被作為封底文章highlight推薦，文章題為Insight into fast Li diffusion in Li-excess spinel lithium manganese oxide。
圖2 JMCA雜志封底
? ? ? 該研究是在潘鋒教授與鄭家新副研究員的指導和團隊成員的協(xié)助下，由2015級碩士研究生肖偉集同學完成的。本項目致謝國家材料基因組重點專項和廣東省創(chuàng)新團隊的支持。
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