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據(jù)悉， 4月22日，《Nature Nanotechnology》（IF=37.49，TOP一區(qū)）在線發(fā)表了層狀金屬氧化物領(lǐng)域取得的研究成果，文章通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)氧離子在層狀氧化物材料中的擴(kuò)散和激活比現(xiàn)有的認(rèn)知更容易。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41565-019-0428-8

這項(xiàng)研究成果由物理學(xué)院劉利民教授與美國(guó)PNNL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Chongming Wang教授、北京工業(yè)大學(xué)閆鵬飛教授等合作，通過(guò)系統(tǒng)的透射電鏡表征和第一性原理計(jì)算結(jié)合獲得。該研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、牛頓高級(jí)學(xué)者基金、挑戰(zhàn)計(jì)劃和北航青年拔尖人才等項(xiàng)目資助。

層狀氧化物正極材料具有很高的能量密度，有望替代目前商業(yè)化的正極材料而實(shí)現(xiàn)鋰離子電池儲(chǔ)能性能的突破。富鋰層狀正極材料的高容量源自其在充放電過(guò)程中激活氧離子的氧化還原，而不僅是利用過(guò)渡金屬作為氧化還原粒子。激活氧離子的氧化還原反應(yīng)需要較高的充電電壓才能實(shí)現(xiàn)，因此往往造成嚴(yán)重的材料界面衰退現(xiàn)象，其中由材料表面的相變導(dǎo)致的材料界面衰退是一個(gè)非常重要的衰退機(jī)制。

該研究發(fā)現(xiàn)在層狀氧化物中氧的擴(kuò)散遠(yuǎn)比人們想象中的容易，氧離子在電池循環(huán)過(guò)程中的擴(kuò)散流失導(dǎo)致材料內(nèi)部形成了大量的納米尺寸氣泡，同時(shí)引發(fā)材料晶體結(jié)構(gòu)的相變。這一機(jī)制深化了人們對(duì)氧離子在層狀金屬氧化物中的產(chǎn)生和擴(kuò)散規(guī)律的理解，為優(yōu)化鋰離子電池正極材料穩(wěn)定性提供了重要的研究基礎(chǔ)。

劉利民教授自2017年9月加入北航物理學(xué)院以來(lái)，在金屬氧化物缺陷領(lǐng)域先后發(fā)表了系列研究工作，其中在Nature子刊發(fā)表通信作者論文5篇，研究工作受到廣泛關(guān)注。2006年獲中國(guó)科學(xué)院金屬研究所博士學(xué)位，導(dǎo)師葉恒強(qiáng)院士。2011年-2017年在北京計(jì)算科學(xué)研究中心任特別研究員，期間先后入選中組部第二屆“青年qianren計(jì)劃”，國(guó)家基金委首屆“優(yōu)青”基金資助。2017.9加入北航物理學(xué)院任研究員，博士生導(dǎo)師。2018年獲得中英人才項(xiàng)目英國(guó)皇家協(xié)會(huì)牛頓高級(jí)學(xué)者基金。課題組主要研究能源材料物理，通過(guò)理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合探索能源材料設(shè)計(jì)和服役中的基本物理化學(xué)問(wèn)題。