{首页主词},&

Bryan Mccloskey、夏定國、郭玉國等在富鋰錳基材料方向的最新進展

2018-12-27 16:16:26 作者：博聞來源：材料人分享至：

1.Bryan Mccloskey（勞倫斯伯克利國家實驗室）

人物簡介：Bryan Mccloskey, 2009年于德克薩斯大學奧斯汀分校獲得博士學位，2014年加入勞倫斯伯克利國家實驗室。他的主要研究方向是電化學儲能，電化學催化和聚合物的分子和離子輸運。迄今發表文章達100余篇。

研究動態：作者研究了富鋰金屬氧化物Li1.2Ni0.2TM0.6O2（TM=Mn，Ru）顯示出高的電化學容量，但是提供這種容量的氧化還原過程在每個材料中明顯不同，即使每個材料的結構相似。利用X射線能譜技術，闡明了兩種化合物中過渡金屬的電荷補償機制，并驗證了LNMO中Ni和O以及LNRO中Ni和Ru的電化學活性。通過LNMO的RIXS衍射直接觀察到陰離子氧氧化還原的特征，而LNRO中沒有這種特征，表明LNRO中沒有這種氧氧化還原的活性。通過比較具有相似結構的材料，證明了過渡金屬對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（加利福尼亞大學伯克利分校）

人物簡介：Gerbrand Ceder主要研究方向是基于第一性原理和選擇性試驗進行材料設計。同時研究能源材料，包括能量儲存，太陽能和熱點轉換以及材料基因和高通量計算、材料科學方面的數據挖掘和統計學習。材料及其亞穩態的形核和成型。迄今發布文章達320多篇，超過20項專利。

研究動態：Gerbrand Ceder（共同通訊作者）與Jinhyuk Lee合作提出了在無序巖鹽結構中結合高價陽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，從而穩定了材料。

圖2 Li2Mn2/3Nb1/3O2F設計和結構特點

文獻鏈接：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）

人物簡介：Doron Aurbach，巴伊蘭納米技術與先進材料研究所清潔技術中心主任、以色列實驗室評審機構主席。在國際知名科學期刊上發表了570余篇文章，引用次數總計超過24000次，H因子91，獲得25項發明專利，主編和參與編著了12本國際科學專著。

研究動態：富鋰錳基材料具有較高的比容量（超過250mAh g-1），然而材料在循環過程中存在大的首圈循環不可逆容量、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，有利于穩定電極的容量，抑制放電電壓衰減；通過Al2O3、V2O5、AlF3、AlPO4等包覆或通過氣體處理（例如通過NH3）進行表面改性，還可以增強循環過程中的電壓穩定性。

圖3 LiMO2和Li2MnO3結構示意圖

文獻鏈接：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（北京大學）

人物簡介：夏定國，北京大學工學院能源與資源工程系&先進材料與納米技術系教授、博士生導師。北京大學工學院能源與資源工程系副主任。先進電池材料理論與技術北京市重點實驗室主任。研究領域主要包括催化劑、鋰插入化合物和材料模擬計算。

研究動態：

（1）傳統的O3型富鋰錳基材料在充放電過程中具有電壓和容量衰減的缺點，夏定國（通訊作者）報道了O2型單層Li2MnO3超結構的富鋰錳基材料，放點比容量達到400mAh g-1（能量密度為1360Wh kg-1），并解析了材料的高容量來自于材料內穩定的陰離子氧化還原反應。

圖4 Li1.25Co0.25Mn0.50O2材料的HAADF圖

文獻鏈接：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）作者報道了采用Fe3+摻雜進入立方型Li2TiO3中，提供了穩定的陰離子氧化還原反應。結合第一性原理計算，電子轉移主要發生在被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了穩定的氧化還原反應。將Co3+摻雜入Li2TiS3展示出了相似的結果。

圖5 Li2TiO3 and Li1.2Ti0.4Fe0.4O2充電轉移過程示意圖

文獻鏈接：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（中科院化學所）

人物簡介：郭玉國， 1978年出生。2004年于中國科學院化學研究所獲博士學位。2004-2006年在德國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年入選化學所“引進國外杰出青年人才計劃”，加入中科院分子納米結構與納米技術院重點實驗室任研究員、博士生導師、課題組長。2012年獲得“國家杰出青年基金”支持，并入選中央組織部“萬人計劃”首批青年拔尖人才。

研究工作主要集中在鋰離子電池、鋰硫電池等能量轉化與儲存器件中功能納米結構材料的設計、制備、組裝、結構和性能關系的基礎科學研究和應用探索。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）等期刊上發表SCI論文140余篇。發表論文被他人SCI引用7600多次。

研究動態：作者報道了提高富鋰錳基材料中Ni元素含量和重復退火的策略，將材料的電壓平臺由3.5V提高到3.8V，能量密度由912Wh kg-1提高到1033Wh kg-1。提升的機理來源于更低的Li2MnO3含量。

圖6 富鋰錳基材料電化學性能圖文獻鏈接：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）

人物簡介：王兆翔，1963年4月出生。中國科學院物理研究所研究員，博士生導師。1992年在中國科學院物理研究所光學專業獲得碩士學位并留所工作，1998年在中科院物理所凝聚態物理專業獲得博士學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、英國University of St. Andrews和美國University of Michigan做博士后研究。

研究動態：由于富鋰錳基材料在充放電過程中過渡金屬離子（TMs）會不可控遷移導致材料電壓平臺降低和容量下降，因而作者報道了Li1.2Mo0.6Fe0.2O2預先充電，促進材料可控形成巖鹽相，進而抑制材料的電壓平臺降低和容量下降。

圖7 材料結構示意圖

文獻鏈接：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）

人物簡介：劉兆平，博士，研究員，博士生導師，入選中科院百人計劃、科技部創新人才推進計劃中青年科技創新領軍人才。研究方向為石墨烯和動力鋰離子電池及其材料技術。已在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Adv. Mater.等著名學術期刊上發表論文120余篇，獲他人引用近5000次；申請國家發明專利160余項，PCT專利6項；帶領團隊實現磷酸鐵鋰、石墨烯、錳酸鋰等材料產業化技術和轉移轉化。主持承擔了國家自然科學基金、中科院重點部署項目，中科院院地合作項目、寧波市科技創新團隊項目以及企業合作等科技項目30余項。

研究動態：作者采用高濃度硫酸作為媒介預脫鋰處理富鋰錳基材料，在材料中創造出氧空位和鋰空位，獲得優異的循環性能并有效抑制電壓衰減，電壓降為每圈0.281mV。提升的機理是因為材料的結構由層狀結構演變為部分尖晶石結構。

圖8 材料結構演變示意圖

文獻鏈接：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（北京工業大學）

人物簡介：尉海軍，教授、博士生導師。2007年獲東北大學博士學位，先后在北京有色金屬研究總院（2007-2010）和日本國立產業技術綜合研究所（2010-2015）從事電池相關研究工作，2015年起在北京工業大學工作。在Angew. Chem. Int. Ed.、Energy & Environ. Sci.、Nano.Lett.等國際知名能源化學期刊上發表學術論文65篇，SCI他引2000余次，申請專利25項，已授權4項。目前，重點研究動力電池和儲能電池等（如鋰/鈉離子電池、固態離子電池、金屬空氣電池等）領域的關鍵材料與器件，主要研究方向如下：1.鋰/鈉離子電池材料與技術研究；2.固態離子電池材料與器件研究；3.新型電化學儲能體系基礎研究。

研究動態：作者報道了富鋰錳基材料原始結構為LiTMO2相和Li2MnO3相共同主導，經過充放電循環后，變化為以LiTMO2相為內核、以尖晶石相和巖鹽相為外核構成的核殼結構。而且這種變化對于溫度很敏感，在高溫下更容易產生結構變化。變化的機理是充放電循環時材料中層狀氧逸出，導致過渡金屬離子向材料表面聚集。該項研究闡明了富鋰錳基層狀氧化物正極的結構演變機理并為類似高比能量材料的結構設計奠定了基礎。

圖9 結構變化過程示意圖

文獻鏈接：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：以上僅介紹了幾個具有代表性的研究團隊，還有很多其他優秀的團隊同樣有很多優秀的工作，但是由于篇幅的關系，我們在這里就不能一一列舉了。

更多關于材料方面、材料腐蝕控制、材料科普等方面的國內外最新動態，我們網站會不斷更新。希望大家一直關注中國腐蝕與防護網http://www.ecorr.org

責任編輯：韓鑫

《中國腐蝕與防護網電子期刊》征訂啟事
投稿聯系：編輯部
電話：010-62313558-806
郵箱：fsfhzy666@163.com
中國腐蝕與防護網官方 QQ群：140808414