近日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature Communications》在線(xiàn)發(fā)表我?；膶W(xué)院金輝樂(lè)研究員課題組有關(guān)鋰離子電池正極材料的研究論文“Reaction inhomogeneity coupling with metal rearrangement triggers electrochemical degradation in lithium-rich layered cathode”（非均質(zhì)反應(yīng)耦合金屬重排誘發(fā)富鋰材料的電化學(xué)衰減）。

在當(dāng)前動(dòng)力電池研究領(lǐng)域，開(kāi)發(fā)高比能量密度、高安全性的正極材料是開(kāi)發(fā)動(dòng)力電池關(guān)鍵之一。富鋰錳基正極材料因?yàn)槠漭^高的比能量密度（900 Wh/kg）得到了人們的廣泛關(guān)注。但是，嚴(yán)重的電化學(xué)性能的衰減，尤其是電壓及容量衰減，限制了其進(jìn)一步商業(yè)化應(yīng)用。金輝樂(lè)課題組通過(guò)結(jié)合先進(jìn)的同步輻射成像及譜學(xué)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)富鋰材料在二次顆粒尺度上的不均勻的反應(yīng)活性的存在極大地限制了其動(dòng)力學(xué)過(guò)程，從而帶來(lái)了電壓滯后及容量衰減。該團(tuán)隊(duì)深入研究了電化學(xué)性能下降的原因，重點(diǎn)是富鋰層狀氧化物中的容量損失，以及反應(yīng)途徑和動(dòng)力學(xué)。利用先進(jìn)的基于同步加速器的X射線(xiàn)二維和三維成像技術(shù)與光譜和散射技術(shù)相結(jié)合，在空間上顯示富鋰和富錳層狀氧化物在多個(gè)長(zhǎng)度尺度上的反應(yīng)性。這些方法為不均勻錳反應(yīng)性和離子鎳重排提供了直接證據(jù)。失活錳與鎳遷移的耦合提供了緩慢的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并導(dǎo)致材料中嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性。該發(fā)現(xiàn)為電化學(xué)降解提供了新的見(jiàn)解和進(jìn)一步的理解，這有助于改進(jìn)陰極材料的設(shè)計(jì)。

這一成果近期發(fā)表在Nature Communications上，文章第一作者是王利光博士，通訊作者為我校金輝樂(lè)研究員，阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室陸俊教授和吳天品教授，溫州大學(xué)為第一單位。

金輝樂(lè)研究員為化材學(xué)院副院長(zhǎng)，博士生導(dǎo)師，浙江省“萬(wàn)人計(jì)劃”青年拔尖人才，長(zhǎng)期致力于碳材料的設(shè)計(jì)合成及在新能源與高分子方面的應(yīng)用研究。近五年，先后主持3項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、1項(xiàng)浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目及10余項(xiàng)企業(yè)產(chǎn)業(yè)化研發(fā)項(xiàng)目，相關(guān)研究發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文100余篇，獲授權(quán)中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利67項(xiàng)，獲授權(quán)美國(guó)專(zhuān)利1項(xiàng)。