厦大乔羽教授课题组 JACS: 基于富锂层状正极氧化物的结构设计优化
厦大乔羽教授课题组 JACS: 基于富锂层状正极氧化物的结构设计优化
Chem-MSE
聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。
点击蓝字关注我们
近日， 厦门大学化学化工学院乔羽教授课题组 围绕取代元素稳定富锂正极机制的研究取得重要进展。相关成果以“ Role of Substitution Elements in Enhancing the Structural Stability of Li-Rich Layered Cathodes ”为题发表在 Journal of the American Chemical Society 上（ Doi: 10.1021/jacs.3c01999 ）。
富锂层状氧化物阴极由于其较高的理论容量而备受关注，但是伴随着激活的 O 相关物种引起的电压衰减、结构畸变以及严重的电解质分解阻碍了富锂阴极的进一步应用。大量的材料改性工作一直致力于“治愈”富锂阴极，其中掺杂 / 取代是一种方便有效的方法，有可能从根本上解决材料体积的各种问题。但是由于不同类型的取代元素会占据不同的晶格位置，这在常规研究中实际上是不确定的，导致富锂阴极额外取代 / 掺杂修饰策略进入了盲区。事实上，在机制层面，有三个重要问题依旧尚未明确：（ 1 ）对取代元素模糊的占据位置应准确识别。（ 2 ）元素取代与材料结构稳定性之间的模糊关系需要阐明。（ 3 ）材料阴极的取代与电化学性能之间的关系需要明确说明。特别是，阴极材料中取代、结构稳定性和电化学性能之间的联系缺乏一个尤为关键的韧带和 / 或指示器去将它们联系在一起。
乔羽教授课题组以 Mg/Ti 取代 Li 1.2 Ni 0.2 Mn 0.6 O 2 为例，结合全面表征与分析，细致探讨与分析了以上三点问题：（ 1 ）准确确定了惰性元素 Mg 和 Ti 在 LNMO 中取代指定的固有元素 Ni 和 Mn ，同时，原有的占据位点分布情况，即无序程度被不同的取代元素所打乱。（ 2 ）证明了无序度对结构稳定性的影响，包括 TM-O 局部环境、晶格 / 层板和界面的稳定性、阴离子氧化还原的可逆性、 Li + 转移的可逆性以及动力学的变化，无序度越小，结构稳定性越强。（ 3 ）区分明显的无序度同时印证着电池电化学性能的发展趋势，抑制无序度可以改善电池的电化学性能，反之则会恶化电池的电化学性能。因此，所提出的研究方法和细致剖析展示了对改性 ( 取代 / 掺杂 ) 的更为现代和全面的理解， “ 无序度 ” 已被证明是一个关键和强大的评估工具，可以为高能量密度阴极优化提供有力的参考。
无序度（ Li/Ni 混排）对材料各个方面性能影响情况的示意图
该项研究工作在 乔羽 教授的指导下完成， 厦门大学化学化工学 院 2021 级博士生 张宝丹 、 2020 级硕士生 张亦铭 为共同第一作者。该论文得到了国家自然科学基金（ 22179111 ， 22021001 ），中国科学技术部（ 2021YFA1201900 ），嘉庚创新实验室基础研究项目（ RD2021070401 ）等以及固体表面物理化学国家重点实验室的支持
原文链接
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c01999
免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：chem@chemshow.cn
扫二维码｜关注我们
微信号 : Chem-MSE
欢迎专家学者提供化学化工、材料科学与工程及生物医学工程等产学研方面的稿件至chem@chemshow.cn，并请注明详细联系信息。化学与材料科学会及时选用推送。