{首页主词},&

Bryan Mccloskey、夏定國(guó)、郭玉國(guó)等在富鋰錳基材料方向的最新進(jìn)展

2018-12-27 16:16:26 作者：博聞來(lái)源：材料人分享至：

1.Bryan Mccloskey（勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）

人物簡(jiǎn)介：Bryan Mccloskey, 2009年于德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校獲得博士學(xué)位，2014年加入勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。他的主要研究方向是電化學(xué)儲(chǔ)能，電化學(xué)催化和聚合物的分子和離子輸運(yùn)。迄今發(fā)表文章達(dá)100余篇。

研究動(dòng)態(tài)：作者研究了富鋰金屬氧化物L(fēng)i1.2Ni0.2TM0.6O2（TM=Mn，Ru）顯示出高的電化學(xué)容量，但是提供這種容量的氧化還原過(guò)程在每個(gè)材料中明顯不同，即使每個(gè)材料的結(jié)構(gòu)相似。利用X射線能譜技術(shù)，闡明了兩種化合物中過(guò)渡金屬的電荷補(bǔ)償機(jī)制，并驗(yàn)證了LNMO中Ni和O以及LNRO中Ni和Ru的電化學(xué)活性。通過(guò)LNMO的RIXS衍射直接觀察到陰離子氧氧化還原的特征，而LNRO中沒(méi)有這種特征，表明LNRO中沒(méi)有這種氧氧化還原的活性。通過(guò)比較具有相似結(jié)構(gòu)的材料，證明了過(guò)渡金屬對(duì)富鋰金屬氧化物中氧活化的潛在影響。

圖1 LRMO和LNRO的RIXS圖

文獻(xiàn)鏈接：Elucidating anionic oxygen activity in lithium-rich layered oxides. （Nature Communications. 2018, 947. DOI:10.1038/s41467-018-03403-9）

2.Gerbrand Ceder（加利福尼亞大學(xué)伯克利分校）

人物簡(jiǎn)介：Gerbrand Ceder主要研究方向是基于第一性原理和選擇性試驗(yàn)進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。同時(shí)研究能源材料，包括能量?jī)?chǔ)存，太陽(yáng)能和熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換以及材料基因和高通量計(jì)算、材料科學(xué)方面的數(shù)據(jù)挖掘和統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)。材料及其亞穩(wěn)態(tài)的形核和成型。迄今發(fā)布文章達(dá)320多篇，超過(guò)20項(xiàng)專利。

研究動(dòng)態(tài)：Gerbrand Ceder（共同通訊作者）與Jinhyuk Lee合作提出了在無(wú)序巖鹽結(jié)構(gòu)中結(jié)合高價(jià)陽(yáng)離子和氟部分取代氧的策略，以將可逆Mn2+/Mn4+雙氧化還原偶結(jié)合到富鋰錳基材料中，獲得高容量和高能量密度。Mn2+/Mn4+氧化還原的使用降低了氧氧化還原活性，從而穩(wěn)定了材料。

圖2 Li2Mn2/3Nb1/3O2F設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

文獻(xiàn)鏈接：Reversible Mn2+/Mn4+ double redox in lithium-excess cathode materials. （Nature.2018, 556, 185–190.DOI: 10.1038/s41586-018-0015-4）

3.Doron Aurbach（以色列巴伊蘭大學(xué)）

人物簡(jiǎn)介：Doron Aurbach，巴伊蘭納米技術(shù)與先進(jìn)材料研究所清潔技術(shù)中心主任、以色列實(shí)驗(yàn)室評(píng)審機(jī)構(gòu)主席。在國(guó)際知名科學(xué)期刊上發(fā)表了570余篇文章，引用次數(shù)總計(jì)超過(guò)24000次，H因子91，獲得25項(xiàng)發(fā)明專利，主編和參與編著了12本國(guó)際科學(xué)專著。

研究動(dòng)態(tài)：富鋰錳基材料具有較高的比容量（超過(guò)250mAh g-1），然而材料在循環(huán)過(guò)程中存在大的首圈循環(huán)不可逆容量、容量衰減、低倍率容量、、大平均放電電壓衰減等問(wèn)題。作者綜述了采用用鈉、鎂、鋁、鐵、鈷、釕等摻雜富鋰錳基材料，有利于穩(wěn)定電極的容量，抑制放電電壓衰減；通過(guò)Al2O3、V2O5、AlF3、AlPO4等包覆或通過(guò)氣體處理（例如通過(guò)NH3）進(jìn)行表面改性，還可以增強(qiáng)循環(huán)過(guò)程中的電壓穩(wěn)定性。

圖3 LiMO2和Li2MnO3結(jié)構(gòu)示意圖

文獻(xiàn)鏈接：Review on Challenges and Recent Advances in the Electrochemical Performance of High Capacity Li‐ and Mn‐Rich Cathode Materials for Li‐Ion Batteries. （Adv. Energy Mater. 2018,1702397. DOI:10.1002/aenm.201702397）

4.夏定國(guó)（北京大學(xué)）

人物簡(jiǎn)介：夏定國(guó)，北京大學(xué)工學(xué)院能源與資源工程系&先進(jìn)材料與納米技術(shù)系教授、博士生導(dǎo)師。北京大學(xué)工學(xué)院能源與資源工程系副主任。先進(jìn)電池材料理論與技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。研究領(lǐng)域主要包括催化劑、鋰插入化合物和材料模擬計(jì)算。

研究動(dòng)態(tài)：

（1）傳統(tǒng)的O3型富鋰錳基材料在充放電過(guò)程中具有電壓和容量衰減的缺點(diǎn)，夏定國(guó)（通訊作者）報(bào)道了O2型單層Li2MnO3超結(jié)構(gòu)的富鋰錳基材料，放點(diǎn)比容量達(dá)到400mAh g-1（能量密度為1360Wh kg-1），并解析了材料的高容量來(lái)自于材料內(nèi)穩(wěn)定的陰離子氧化還原反應(yīng)。

圖4 Li1.25Co0.25Mn0.50O2材料的HAADF圖

文獻(xiàn)鏈接：A High-Capacity O2-Type Li-Rich Cathode Material with a Single-Layer Li2MnO3 Superstructure. （Adv. Mater. 2018, 1707255. DOI: 10.1002/adma.201707255）

（2）作者報(bào)道了采用Fe3+摻雜進(jìn)入立方型Li2TiO3中，提供了穩(wěn)定的陰離子氧化還原反應(yīng)。結(jié)合第一性原理計(jì)算，電子轉(zhuǎn)移主要發(fā)生在被Fe3+包圍的氧原子上，而不是Ti4+, Fe3+作為催化劑引入到材料中促進(jìn)了穩(wěn)定的氧化還原反應(yīng)。將Co3+摻雜入Li2TiS3展示出了相似的結(jié)果。

圖5 Li2TiO3 and Li1.2Ti0.4Fe0.4O2充電轉(zhuǎn)移過(guò)程示意圖

文獻(xiàn)鏈接：Thermodynamic Activation of Charge Transfer in AnionicRedox Process for Li-Ion Batteries. （Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1704864. DOI: 10.1002/adfm.201704864）

5.郭玉國(guó)（中科院化學(xué)所）

人物簡(jiǎn)介：郭玉國(guó)， 1978年出生。2004年于中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所獲博士學(xué)位。2004-2006年在德國(guó)馬普固體研究所從事博士后研究工作。2006-2007年被聘為馬普固體研究所Staff Scientist。2007年入選化學(xué)所“引進(jìn)國(guó)外杰出青年人才計(jì)劃”，加入中科院分子納米結(jié)構(gòu)與納米技術(shù)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室任研究員、博士生導(dǎo)師、課題組長(zhǎng)。2012年獲得“國(guó)家杰出青年基金”支持，并入選中央組織部“萬(wàn)人計(jì)劃”首批青年拔尖人才。

研究工作主要集中在鋰離子電池、鋰硫電池等能量轉(zhuǎn)化與儲(chǔ)存器件中功能納米結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)、制備、組裝、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系的基礎(chǔ)科學(xué)研究和應(yīng)用探索。在Nature Mater.（1篇）、Acc. Chem. Res.（1篇）、J. Am. Chem. Soc.（8篇）、Angew. Chem. Int. Ed. （4篇）、Adv. Mater.（18篇）、Adv. Energy Mater.（3篇）、Adv. Funct. Mater.（4篇）、NPG Asia Mater.（2篇）、Energy Environ. Sci.（4篇）等期刊上發(fā)表SCI論文140余篇。發(fā)表論文被他人SCI引用7600多次。

研究動(dòng)態(tài)：作者報(bào)道了提高富鋰錳基材料中Ni元素含量和重復(fù)退火的策略，將材料的電壓平臺(tái)由3.5V提高到3.8V，能量密度由912Wh kg-1提高到1033Wh kg-1。提升的機(jī)理來(lái)源于更低的Li2MnO3含量。

圖6 富鋰錳基材料電化學(xué)性能圖文獻(xiàn)鏈接：High‐Capacity Cathode Material with High Voltage for Li‐Ion Batteries.（Adv. Mater. 2018,1705575. DOI:10.1002/adma.201705575）

6.王兆翔（中科院物理所）

人物簡(jiǎn)介：王兆翔，1963年4月出生。中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員，博士生導(dǎo)師。1992年在中國(guó)科學(xué)院物理研究所光學(xué)專業(yè)獲得碩士學(xué)位并留所工作，1998年在中科院物理所凝聚態(tài)物理專業(yè)獲得博士學(xué)位并獲得留所工作資格。1998年6月至2000年7月先后在日本三重（Mie）大學(xué)、英國(guó)University of St. Andrews和美國(guó)University of Michigan做博士后研究。

研究動(dòng)態(tài)：由于富鋰錳基材料在充放電過(guò)程中過(guò)渡金屬離子（TMs）會(huì)不可控遷移導(dǎo)致材料電壓平臺(tái)降低和容量下降，因而作者報(bào)道了Li1.2Mo0.6Fe0.2O2預(yù)先充電，促進(jìn)材料可控形成巖鹽相，進(jìn)而抑制材料的電壓平臺(tái)降低和容量下降。

圖7 材料結(jié)構(gòu)示意圖

文獻(xiàn)鏈接：Another Strategy, Detouring Potential Decay by Fast Completion of Cation Mixing. （Adv. Energy Mater. 2018, 1703092. DOI:10.1002/aenm.201703092）

7.劉兆平（寧波材料所）

人物簡(jiǎn)介：劉兆平，博士，研究員，博士生導(dǎo)師，入選中科院百人計(jì)劃、科技部創(chuàng)新人才推進(jìn)計(jì)劃中青年科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才。研究方向?yàn)槭┖蛣?dòng)力鋰離子電池及其材料技術(shù)。已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Adv. Mater.等著名學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文120余篇，獲他人引用近5000次；申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利160余項(xiàng)，PCT專利6項(xiàng)；帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)磷酸鐵鋰、石墨烯、錳酸鋰等材料產(chǎn)業(yè)化技術(shù)和轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化。主持承擔(dān)了國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目，中科院院地合作項(xiàng)目、寧波市科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目以及企業(yè)合作等科技項(xiàng)目30余項(xiàng)。

研究動(dòng)態(tài)：作者采用高濃度硫酸作為媒介預(yù)脫鋰處理富鋰錳基材料，在材料中創(chuàng)造出氧空位和鋰空位，獲得優(yōu)異的循環(huán)性能并有效抑制電壓衰減，電壓降為每圈0.281mV。提升的機(jī)理是因?yàn)椴牧系慕Y(jié)構(gòu)由層狀結(jié)構(gòu)演變?yōu)椴糠旨饩Y(jié)構(gòu)。

圖8 材料結(jié)構(gòu)演變示意圖

文獻(xiàn)鏈接：Abundant nanoscale defects to eliminate voltage decay in Li-rich cathode materials. （Energy Storage Materials, 2019, 220-227. DOI: 10.1016/j.ensm.2018.05.022）

8.尉海軍（北京工業(yè)大學(xué)）

人物簡(jiǎn)介：尉海軍，教授、博士生導(dǎo)師。2007年獲東北大學(xué)博士學(xué)位，先后在北京有色金屬研究總院（2007-2010）和日本國(guó)立產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所（2010-2015）從事電池相關(guān)研究工作，2015年起在北京工業(yè)大學(xué)工作。在Angew. Chem. Int. Ed.、Energy & Environ. Sci.、Nano.Lett.等國(guó)際知名能源化學(xué)期刊上發(fā)表學(xué)術(shù)論文65篇，SCI他引2000余次，申請(qǐng)專利25項(xiàng)，已授權(quán)4項(xiàng)。目前，重點(diǎn)研究動(dòng)力電池和儲(chǔ)能電池等（如鋰/鈉離子電池、固態(tài)離子電池、金屬空氣電池等）領(lǐng)域的關(guān)鍵材料與器件，主要研究方向如下：1.鋰/鈉離子電池材料與技術(shù)研究；2.固態(tài)離子電池材料與器件研究；3.新型電化學(xué)儲(chǔ)能體系基礎(chǔ)研究。

研究動(dòng)態(tài)：作者報(bào)道了富鋰錳基材料原始結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)iTMO2相和Li2MnO3相共同主導(dǎo)，經(jīng)過(guò)充放電循環(huán)后，變化為以LiTMO2相為內(nèi)核、以尖晶石相和巖鹽相為外核構(gòu)成的核殼結(jié)構(gòu)。而且這種變化對(duì)于溫度很敏感，在高溫下更容易產(chǎn)生結(jié)構(gòu)變化。變化的機(jī)理是充放電循環(huán)時(shí)材料中層狀氧逸出，導(dǎo)致過(guò)渡金屬離子向材料表面聚集。該項(xiàng)研究闡明了富鋰錳基層狀氧化物正極的結(jié)構(gòu)演變機(jī)理并為類似高比能量材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

圖9 結(jié)構(gòu)變化過(guò)程示意圖

文獻(xiàn)鏈接：Temperature-Sensitive Structure Evolution of Lithium–Manganese-Rich Layered Oxides for Lithium-Ion Batteries.（J. Am. Chem. Soc., 2018, 140 （45）， 15279–15289. DOI: 10.1021/jacs.8b07858）注：以上僅介紹了幾個(gè)具有代表性的研究團(tuán)隊(duì)，還有很多其他優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)同樣有很多優(yōu)秀的工作，但是由于篇幅的關(guān)系，我們?cè)谶@里就不能一一列舉了。

更多關(guān)于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國(guó)內(nèi)外最新動(dòng)態(tài)，我們網(wǎng)站會(huì)不斷更新。希望大家一直關(guān)注中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)http://www.ecorr.org

責(zé)任編輯：韓鑫

《中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)電子期刊》征訂啟事
投稿聯(lián)系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國(guó)腐蝕與防護(hù)網(wǎng)官方 QQ群：140808414