中國(guó)粉體網(wǎng)訊 鋰離子電池（LIB）在便攜式電子設(shè)備,，電動(dòng)車等領(lǐng)域有著廣泛的用途。富Ni層狀氧化物正極材料,，由于能量密度高,、成本低等特點(diǎn)，已成為最有應(yīng)用前景的下一代LIB正極材料之一,。然而,，隨著層狀材料中Ni含量的增加，產(chǎn)生了許多相關(guān)的問題,，如實(shí)際容量和理論容量相差大,，熱穩(wěn)定性低，循環(huán)穩(wěn)定性差等,。
在高Ni層狀材料中存在著獨(dú)特的Li/Ni無序的現(xiàn)象,，即，部分Li+離子占據(jù)了過渡金屬（TM）層的3a位,，而部分Ni2+離子占據(jù)了Li層的3b位,。Ni2+在Li層的存在會(huì)極大阻礙了Li+離子的在充放電過程中的脫出和插入，從而降低材料的實(shí)際容量,。因此,，Li/Ni無序被認(rèn)為是導(dǎo)致高Ni材料實(shí)際容量低的重要原因之一,。長(zhǎng)久以來,，Li/Ni無序在合成過程中何時(shí)發(fā)生，為什么發(fā)生,，這些疑問一直沒有得到解答,。
近日，北京大學(xué)深研院新材料學(xué)院潘鋒教授課題組和美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室王峰教授課題組合作,，針對(duì)這些問題通過同步輻射X射線原位探測(cè)鋰電池富Ni層狀氧化物正極材料在整個(gè)合成過程中的結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究,。研究中，采用多種同步輻射技術(shù),，包括X射線衍射（XRD）,，全散射（PDF）和吸收（XAS），在各種尺度下（長(zhǎng)程和局域）對(duì)富Ni層狀材料LiNi 0.77 Co 0.13 Co 0. 10 O 2 原位合成過程中的結(jié)構(gòu)演化過程進(jìn)行追蹤,。
圖1 多模同步輻射X射線技術(shù)揭示高鎳材料在合成過程中的長(zhǎng)程拓?fù)湎噢D(zhuǎn)變和局域多面體內(nèi)的結(jié)構(gòu)無序過程,。
團(tuán)隊(duì)通過原位同步輻射XRD揭示了長(zhǎng)程尺度上發(fā)生的從層狀前驅(qū)體氫氧化物Ni 0.77 Co 0.13 Co 0. 10 (OH) 2 到層狀氧化物L(fēng)iNi 0.77 Co 0.13 Co 0. 10 O 2 的拓?fù)湎噢D(zhuǎn)變過程，以及相伴發(fā)生的先Li/Ni無序再Li/Ni有序的局域結(jié)構(gòu)變化過程,；原位PDF和原位XAS相結(jié)合將局域八面體內(nèi)的Li/Ni無序過程與過渡金屬Ni/Co/Mn的氧化動(dòng)力學(xué)關(guān)聯(lián)起來,，揭示了NiO 6 八面體的對(duì)稱性破缺和重構(gòu)是Li/Ni無序現(xiàn)象發(fā)生的根本原因。這一原位實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步被理論計(jì)算結(jié)果所驗(yàn)證,。這些發(fā)現(xiàn)揭示了高Ni層狀材料結(jié)構(gòu)無序的合成起源,，為合成過程中降低甚至消除結(jié)構(gòu)無序提供了理論指導(dǎo),，有望顯著提升富鎳材料的實(shí)際容量及能量密度。該工作近日發(fā)表國(guó)際在化學(xué)和材料領(lǐng)域的知名雜志在‘美國(guó)化學(xué)會(huì)志（Journal of American Chemical Society,，DOI：10.1021/jacs.8b06150,，影響因子為14.357）上。
該工作是在北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授,、美國(guó)Brookhaven國(guó)家實(shí)驗(yàn)室王峰教授,、美國(guó)Argonne國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Khlil Amine教授和美國(guó)國(guó)家同步輻射光源NSLS II白健明教授的共同指導(dǎo)下，由博士后張明建及相關(guān)人員一起完成,。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）
