【成果簡(jiǎn)介】
北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授課題組最近在LiMn1-xFexPO4材料的結(jié)構(gòu)與性能研究取得重要進(jìn)展。他們成功合成了兩種高鐵鋰反位量的α-LiMn1-xFexPO4納米材料（50納米的顆粒），相近的反位程度卻表現(xiàn)出了極大的電化學(xué)性能差異。
該研究成果發(fā)表在國(guó)際材料與能源的頂級(jí)期刊Nano Letters (Nano Lett., 2017, 17 (8), 4934–4940, 影響因子為12.7，Nature Index雜志之一)上，該工作由潘鋒教授和布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的章煒博士指導(dǎo)，由2015級(jí)博士生胡江濤作為第一作者及團(tuán)隊(duì)的合作下完成。
【圖文導(dǎo)讀】
第二相β-LiMn1-xFexPO4以2納米量子點(diǎn)嵌入到α-LiMn1-xFexPO4 50納米顆粒
圖2 LiFe0.5Mn0.5PO4電極不同高倍率性能的起點(diǎn)
三維鋰離子通道通暢傳輸及被套嵌的量子點(diǎn)阻塞的材料表現(xiàn)不同的充放電效率
【研究?jī)?nèi)容】
鋰離子電池作為高效的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，包括混合式動(dòng)力電動(dòng)車（HEV），插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）和電動(dòng)汽車（EV），但是現(xiàn)有商用的鋰離子電池正極材料不能夠滿足人們對(duì)于能量密度、倍率性能以及穩(wěn)定性的需求。LiNixCoyMnzO2的安全性、流程繁瑣性等問題阻礙了大規(guī)模的使用；尖晶石錳LiMn2O4面臨嚴(yán)重的容量衰減問題；安全性能好且廉價(jià)的LiFePO4擺脫不了低工作電壓、低能量密度的限制，為了提高工作電壓和能量密度，現(xiàn)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)于LiMn1-xFexPO4材料的研究越來越重視。
通過和布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)于利希國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等合作，課題組對(duì)兩種材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，用高精度球差電子顯微鏡首次發(fā)現(xiàn)磷酸鐵錳鋰的第二相β-LiMn1-xFexPO4以量子點(diǎn)（2納米左右）嵌在α-LiMn1-xFexPO4 50納米顆粒中。研究發(fā)現(xiàn)性能好的材料其鐵鋰反位量高，產(chǎn)生了許多的缺陷位置，因?yàn)檫@些缺陷點(diǎn)打通了相鄰的其他方向的傳輸，使得鋰離子的傳輸從一維鋰離子通道傳輸擴(kuò)展成為三維通道傳輸，從而提高了該鋰電池材料的充放電性能。如果α-LiMn1-xFexPO4材料存在第二相β-LiMn1-xFexPO4以量子點(diǎn)嵌入形成套嵌結(jié)構(gòu)的納米材料后，嵌入量子點(diǎn)將堵塞部分鋰離子的三維通道傳輸，從而降低了鋰離子在整個(gè)晶體的傳輸效率，影響了該鋰電池材料的充放性能。
北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授課題組最近在LiMn1-xFexPO4材料的結(jié)構(gòu)與性能研究取得重要進(jìn)展。他們成功合成了兩種高鐵鋰反位量的α-LiMn1-xFexPO4納米材料（50納米的顆粒），相近的反位程度卻表現(xiàn)出了極大的電化學(xué)性能差異。
該研究成果發(fā)表在國(guó)際材料與能源的頂級(jí)期刊Nano Letters (Nano Lett., 2017, 17 (8), 4934–4940, 影響因子為12.7，Nature Index雜志之一)上，該工作由潘鋒教授和布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的章煒博士指導(dǎo)，由2015級(jí)博士生胡江濤作為第一作者及團(tuán)隊(duì)的合作下完成。
【圖文導(dǎo)讀】
圖1 2＃LiFe0.5Mn0.5PO4@C的微觀結(jié)構(gòu)
第二相β-LiMn1-xFexPO4以2納米量子點(diǎn)嵌入到α-LiMn1-xFexPO4 50納米顆粒
圖2 LiFe0.5Mn0.5PO4電極不同高倍率性能的起點(diǎn)
三維鋰離子通道通暢傳輸及被套嵌的量子點(diǎn)阻塞的材料表現(xiàn)不同的充放電效率
鋰離子電池作為高效的能量存儲(chǔ)系統(tǒng)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，包括混合式動(dòng)力電動(dòng)車（HEV），插電式混合動(dòng)力汽車（PHEV）和電動(dòng)汽車（EV），但是現(xiàn)有商用的鋰離子電池正極材料不能夠滿足人們對(duì)于能量密度、倍率性能以及穩(wěn)定性的需求。LiNixCoyMnzO2的安全性、流程繁瑣性等問題阻礙了大規(guī)模的使用；尖晶石錳LiMn2O4面臨嚴(yán)重的容量衰減問題；安全性能好且廉價(jià)的LiFePO4擺脫不了低工作電壓、低能量密度的限制，為了提高工作電壓和能量密度，現(xiàn)在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界對(duì)于LiMn1-xFexPO4材料的研究越來越重視。
通過和布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、德國(guó)于利希國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等合作，課題組對(duì)兩種材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析，用高精度球差電子顯微鏡首次發(fā)現(xiàn)磷酸鐵錳鋰的第二相β-LiMn1-xFexPO4以量子點(diǎn)（2納米左右）嵌在α-LiMn1-xFexPO4 50納米顆粒中。研究發(fā)現(xiàn)性能好的材料其鐵鋰反位量高，產(chǎn)生了許多的缺陷位置，因?yàn)檫@些缺陷點(diǎn)打通了相鄰的其他方向的傳輸，使得鋰離子的傳輸從一維鋰離子通道傳輸擴(kuò)展成為三維通道傳輸，從而提高了該鋰電池材料的充放電性能。如果α-LiMn1-xFexPO4材料存在第二相β-LiMn1-xFexPO4以量子點(diǎn)嵌入形成套嵌結(jié)構(gòu)的納米材料后，嵌入量子點(diǎn)將堵塞部分鋰離子的三維通道傳輸，從而降低了鋰離子在整個(gè)晶體的傳輸效率，影響了該鋰電池材料的充放性能。
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