松山湖材料尝试室中子科学-量子和能源材料团队操纵原位工况中子衍射手艺定量阐发了LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2（NCM90）材猜中Li-Ni（锂-镍）反位缺点的动态演变进程，和其与阴离子氧化还原反映之间的耦合关系。相干功效近日颁发在《德国利用化学》，同时被期刊编纂部选为VIP论文。

Li/Ni反占位缺点对超高镍材料布局的影响。研究团队供图

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汽车工业的快速电气化对锂离子电池的能量密度和本钱提出了更高的要求。超高镍层状氧化物正极材料以其出色的能量密度和本钱效益，成为今朝极具前景的动力电池正极材料。但是，超高镍（Ni≥0.9）正极材料Ni含量的晋升也加重了Li-Ni反位缺点问题。曩昔研究成果注解，Li-Ni反位缺点会显著影响电化学机能。同时，理论计较成果注解材猜中的Li-Ni反位缺点并不是原封不动，其在充放电进程中是动态转变的。但是，到今朝为止，Li-Ni反位缺点的动态演变进程还没有获得尝试量化，阻碍了进一步理解和优化超高镍正极材料布局。

另外，曩昔针对Li-Ni反位缺点问题的研究年夜多集中在反位在Li（锂）层中的Ni，轻忽了反位在过渡金属层中的Li。理论上，反位在过渡金属层中的Li会构成Li?O?Li（锂-氧-锂）构型，致使非键态O2p轨道的构成，从而触发（高电压）阴离子氧化还原反映。分歧在过渡金属，阴离子氧化还原反映很轻易致使氧气释放，进而激发不成逆布局相变和电化学机能阑珊。同时，氧空位的发生理论上会进一步促使Ni从过渡金属层迁徙至Li层，加重反位缺点的构成。是以，深切理解Ni迁徙与阴离子氧化还原之间的动态耦合进程，对开辟高电压超高镍正极材料相当主要。

该研究操纵原位工况中子衍射手艺定量阐发了NCM90材猜中Li-Ni反位缺点的动态演变进程，和其与阴离子氧化还原反映之间的耦合关系。与X射线和电子比拟，中子对Li、O等轻质元素更加敏感，而且可以或许辨别Ni、Mn（锰）、Co（钴）等近邻过渡金属元素。连系原位电化学样品情况，中子衍射可以切确地量化与氧晶格相干的过渡金属迁徙和动态布局演化。另外，为避免6Li同位素对中子的接收，同时提高中子衍射数据质量，研究人员选用7Li同位素锂源合成了用在原位中子衍射丈量的样品。

超高镍材料的原位中子衍射成果和Li/Ni反占位缺点与阴离子氧化还原反映之间的耦合关系。研究团队供图

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原位中子衍射成果注解，阴离子氧化还原反映进程陪伴着较着的Ni迁徙（由过渡金属层迁徙至Li层），这为Li-Ni反位缺点与阴离子氧化还原之间的彼此感化供给了强有力的证据。同时，研究还发现Li-Ni反位缺点增进了阴离子氧化还原反映，阴离子氧化还原反映反过来进一步加重了Li-Ni反位缺点。基在此，提出了下降材料本征反位缺点和按捺轮回进程中Ni动态迁徙来不变材料高电压储锂布局的策略。

进一步，研究人员引入多种分歧电子布局的元素，发现Mg（镁）在下降Li-Ni反位缺点方面揭示出较年夜的优势。Mg的引入不但下降了本征Li-Ni反位缺点，进一步削减了Li-O-Li构型的数目，同时过渡金属层中Mg的引入还构成了Li-O-Mg构型，相对Li-O-Li构型，触发Li-O-Mg构型中的阴离子氧化还原反映需要更高的充电电压。是以，经Mg搀杂改性后的超高镍材料实现了优良的高电压储锂布局不变性。该工作揭露了本征Li-Ni反位缺点、阴离子氧化还原、Ni动态迁徙和储锂布局不变性之间的强耦合关系，并为高机能锂离子电池正极材料的布局设计供给了理论根本。

相干论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202410326

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