步入式高低溫試驗(yàn)室尤其是溫度層狀材料的層

　　鋰離子電池作為一種清潔能源儲(chǔ)能器件，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。隨著能源與環(huán)境的壓力日益增大，人們對鋰離子電池的要求越來越高，尤其是高功率密度的動(dòng)力電池，作為應(yīng)用廣的一種鋰離子電池正極材料，鎳鈷錳三元鋰離子氧化物材料（NMC）以其擴(kuò)散性能好、環(huán)境友好性高、儲(chǔ)能密度高等優(yōu)點(diǎn)，一直受人們的關(guān)注。特斯拉電動(dòng)汽車使用的動(dòng)力電池材料就類似這種材料。電動(dòng)汽車會(huì)在高溫的盛夏及寒冷的嚴(yán)冬行駛，所以所使用的電池材料需要好的高低溫性能，這就需要人們從機(jī)理上去研究揭示材料內(nèi)部鋰離子的輸運(yùn)機(jī)理及相關(guān)的溫度效應(yīng)，從而提高電池在不同使用溫度下的充放電倍率性能。但是，目前對于用于動(dòng)力電池的NMC三元材料的溫度效應(yīng)的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)研究還不夠深入和系統(tǒng)，尤其是溫度、層狀材料的層間距等因素影響擴(kuò)散系數(shù)方面缺乏深入研究，因此什么樣配比的NMC三元材料具有的高低溫性能尚未被發(fā)現(xiàn)。步入式高低溫試驗(yàn)室

　　北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授團(tuán)隊(duì)在前期NMC三元材料研究工作中【J. Am. Chem. Soc.，2015，137 （26），步入式高低溫試驗(yàn)室pp 8364–8367】，系統(tǒng)地研究了充放電脫鋰狀態(tài)以及過渡金屬元素成分比例對鋰離子擴(kuò)散的影響，近他們在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了NMC三元材料的高低溫?cái)U(kuò)散動(dòng)力學(xué)及在尋找具有高低溫性能的三元材料方面取得重要突破。他們通過電化學(xué)GITT擴(kuò)散系數(shù)測量系統(tǒng)地研究了一系列三元材料鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的溫度效應(yīng)，首次發(fā)現(xiàn)其中一種NMC三元（LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 稱為NMC622）材料具有的擴(kuò)散系數(shù)，同時(shí)具有很小的溫度效應(yīng)，即能夠在極低和極高溫度下很好地工作，從而用其所做成的電動(dòng)車動(dòng)力電池能夠克服氣候環(huán)境的制約。他們進(jìn)一步采用結(jié)構(gòu)測量和性原理計(jì)算發(fā)現(xiàn)NMC622材料擁有的鋰層間距是其具有擴(kuò)散系數(shù)和小溫度依賴的根本原因。此研究不僅預(yù)測了NMC622材料是一種有潛力的能夠在復(fù)雜環(huán)境下工作的正極材料，也為新的高性能層狀材料的研發(fā)設(shè)計(jì)提供了重要的理論指導(dǎo)。上述成果近期發(fā)表在國際能源材料雜志上Advanced Energy Materials（DOI: 10.1002/aenm.201501309，SCI，影響因子16）上。Materials Views作了相關(guān)的報(bào)道。

　　通過對各個(gè)溫度下不同組分的三元材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)的測量，潘鋒教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)三元材料622具有擴(kuò)散系數(shù)，同時(shí)受到的溫度影響小。性原理計(jì)算和測量實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明622具有的鋰層間距能更有利于其內(nèi)部鋰離子的擴(kuò)散，并且可以減小其受到的溫度影響。這對于整個(gè)三元層狀材料體系是一個(gè)普適性的規(guī)律。

　　該工作是北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院清潔能源材料研究中心多名研究生、博士后和老師通過交叉學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新取得的成果，其中2013級碩士研究生崔歲寒、2012級碩士研究生韋屹、2014級直博研究生劉同超是該工作的共同作者，步入式高低溫試驗(yàn)室特聘研究員鄭家新、王新煒和潘鋒教授是該工作的共同通信作者。
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