4月22日，《Nature Nanotechnology》（IF=37.49，TOP一區(qū)）在線發(fā)表了層狀金屬氧化物領(lǐng)域取得的研究成果，文章通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)氧離子在層狀氧化物材料中的擴(kuò)散和激活比現(xiàn)有的認(rèn)知更容易。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41565-019-0428-8

這項(xiàng)研究成果由物理學(xué)院劉利民教授與美國PNNL國家實(shí)驗(yàn)室Chongming Wang教授、北京工業(yè)大學(xué)閆鵬飛教授等合作，通過系統(tǒng)的透射電鏡表征和第一性原理計(jì)算結(jié)合獲得。該研究工作得到國家自然科學(xué)基金、牛頓高級學(xué)者基金、挑戰(zhàn)計(jì)劃和北航青年拔尖人才等項(xiàng)目資助。

層狀氧化物正極材料具有很高的能量密度，有望替代目前商業(yè)化的正極材料而實(shí)現(xiàn)鋰離子電池儲能性能的突破。富鋰層狀正極材料的高容量源自其在充放電過程中激活氧離子的氧化還原，而不僅是利用過渡金屬作為氧化還原粒子。激活氧離子的氧化還原反應(yīng)需要較高的充電電壓才能實(shí)現(xiàn)，因此往往造成嚴(yán)重的材料界面衰退現(xiàn)象，其中由材料表面的相變導(dǎo)致的材料界面衰退是一個非常重要的衰退機(jī)制。

該研究發(fā)現(xiàn)在層狀氧化物中氧的擴(kuò)散遠(yuǎn)比人們想象中的容易，氧離子在電池循環(huán)過程中的擴(kuò)散流失導(dǎo)致材料內(nèi)部形成了大量的納米尺寸氣泡，同時引發(fā)材料晶體結(jié)構(gòu)的相變。這一機(jī)制深化了人們對氧離子在層狀金屬氧化物中的產(chǎn)生和擴(kuò)散規(guī)律的理解，為優(yōu)化鋰離子電池正極材料穩(wěn)定性提供了重要的研究基礎(chǔ)。

劉利民教授自2017年9月加入北航物理學(xué)院以來，在金屬氧化物缺陷領(lǐng)域先后發(fā)表了系列研究工作，其中在Nature子刊發(fā)表通信作者論文5篇，研究工作受到廣泛關(guān)注。2006年獲中國科學(xué)院金屬研究所博士學(xué)位，導(dǎo)師葉恒強(qiáng)院士。2011年-2017年在北京計(jì)算科學(xué)研究中心任特別研究員，期間先后入選中組部第二屆“青年qianren計(jì)劃”，國家基金委首屆“優(yōu)青”基金資助。2017.9加入北航物理學(xué)院任研究員，博士生導(dǎo)師。2018年獲得中英人才項(xiàng)目英國皇家協(xié)會牛頓高級學(xué)者基金。課題組主要研究能源材料物理，通過理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合探索能源材料設(shè)計(jì)和服役中的基本物理化學(xué)問題。