khalil Khalil Amine、Gerbrand Ceder、夏定国等在富锂锰基材料方向的最新进展

1.哈利勒胺(阿尔贡国家实验室)

简介:哈利勒·阿明(Khalil Amine)，阿尔贡国家实验室高级院士，美国国家研究领事成员，ABAA(动力车辆用先进锂离子电池国际会议，成立于2009年)创始人兼主席，《纳米能源》副主编。哈利勒·阿明教授发表了400多篇学术论文，被引用近3万次。

研究动态:作者研究过富锂金属氧化物Li1.2Ni0.2TM0.6O2(TM=Mn，Ru)表现出很高的电化学容量，但提供这种容量的氧化还原过程在每种材料中是明显不同的，即使每种材料的结构相似。利用x射线能谱技术阐明了两种化合物中过渡金属的电荷补偿机制，并验证了镍和氧在LNMO中以及镍和钌在LNRO中的电化学活性。阴离子氧的氧化还原特性可以通过低熔点金属的RIXS衍射直接观察到，但低熔点金属没有这种特性，表明低熔点金属没有这种氧的氧化还原活性。通过比较具有相似结构的材料，证明了过渡金属对富锂金属氧化物中氧活化的潜在影响。

图1 lrmo和LNRO的RIXS图

文献链接:阐明富锂层状氧化物中的阴离子氧活性(自然通讯。2018, 947.DOI: 10.1038/S41467-018-03403-9)

2.格布兰德·塞德尔(麻省理工学院)

人物简介:Gerbrand Ceder的主要研究方向是基于第一性原理和选择性实验的材料设计。同时研究能源材料，包括材料科学中的储能、太阳能与热点转换、材料基因与高通量计算、数据挖掘与统计学习。材料的成核和形成及其亚稳态。到目前为止，已经发表了320多篇张文，拥有20多项专利。

研究动态:作者提出了结合高价阳离子和氟部分取代无序岩盐结构中氧的策略，从而将可逆Mn2+/Mn4+氧化还原对结合到富锂锰基材料中，获得高容量和高能量密度。Mn2+/Mn4+氧化还原的使用降低了氧的氧化还原活性，从而稳定了材料。

图2 li2mn 2/3n B1/3o 2f的设计和结构特征

文献链接:锂过量正极材料中可逆的Mn2+/mn4+双氧化还原。(自然. 2018，556，185–190。DOI: 10.1038/S41586-018-0015-4)

3.多伦·奥巴赫(以色列贝勒大学)

简介:多伦·奥巴赫，纳米技术与先进材料研究所清洁技术中心主任，巴里兰，以色列实验室评估机构主席。在国际知名科学期刊上发表张文论文570余篇，被引用24000余次，获得发明专利25项，H因子91，编辑参与国际科学专著12部。

研究动态:富锂锰基材料具有较高的比容量(超过250 mah·g-1)，但在循环过程中存在第一次循环不可逆容量大、容量衰减、倍率容量低、平均放电电压衰减大等问题。作者总结了掺钠、镁、铝、铁、钴和钌的富锂锰基材料有利于稳定电极容量和抑制放电电压的衰减。或者用气体处理(例如，用NH3)进行表面改性也可以提高循环过程中的电压稳定性。

图3 LiMo _ 2和Li2MnO3 _ 3结构示意图

文献链接:锂离子电池高容量富锂和富锰负极材料电化学性能的挑战和最新进展综述。能量物质。2018,1702397.DOI:10.1002/aenm.201702397)

4.夏定国(北京大学)

人物简介:夏定国，北京大学工程学院能源与资源工程系&；高级材料与纳米技术系教授、博士生导师。北京大学工学院能源与资源工程系副主任。先进电池材料理论与技术北京重点实验室主任。研究领域主要包括催化剂、嵌锂化合物和材料模拟计算。

研究趋势:

(1)传统O3型富锂锰基材料在充放电过程中存在电压和容量衰减的缺点。夏定国(通讯员)报道了O2型富锂锰基材料单层Li2MnO3超结构的比放电容量为400 mAh·g-1(能量密度为1360 Wh·kg-1)，并分析了材料的高容量来源于材料中稳定的阴离子氧化还原反应。

图4 li1.25 co 0.25 Mn 0.50 O2材料的HAADF图

文献链接:高容量O2型富锂阴极材料，具有单层Li2MNO3超结构(材料2018，1707255。doi: 10.1002/adma.201707255)

(2)作者报道了Fe3+掺杂到立方Li2TiO3中提供了稳定的阴离子氧化还原反应。根据第一性原理计算，电子转移主要发生在Fe3+而不是Ti4+包围的氧原子上，Fe3+作为催化剂被引入材料中以促进稳定的氧化还原反应。Co3+掺杂到Li2TiS3中显示出类似的结果。

图5 li2tio 3和li1.2ti0.4fe0.4o2电荷转移过程示意图

文献链接:锂离子电池阴离子氧化还原过程中电荷转移的热力学激活。板牙。2018, 28, 1704864.doi: 10.1002/adfm。201704864)

5.郭玉国(中国科学院化学研究所)

人物简介:郭玉国出生于1978年。2004年获得中国科学院化学研究所博士学位。2004-2006年间，他在德国马克斯·普朗克固体研究所担任博士后研究员。从2006年到2007年，他被聘为马克斯·普朗克固体研究所的工作人员科学家。2007年入选化学研究所“引进国外优秀青年人才计划”，加入中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室，担任研究员、博士生导师、项目负责人。2012年获得国家杰出青年基金资助，入选中央组织部“万人计划”首批优秀青年人才。

研究工作主要集中在锂离子电池、锂硫电池等能量转换和存储器件中功能性纳米结构材料的设计、制备、组装、结构和性能关系的基础科学研究和应用探索。在大自然中。(1)，Acc。化学。第(1)号决议，议员。化学。社会主义者(8)，Angew。化学。里面的由…编辑(4)、Adv. Mater。(18)，高级能源材料。(3)已发表科技论文140余篇。板牙。(4)NPG亚洲区。(2)能源与环境。Sci。(4).发表的论文被他人SCI引用7600多次。

研究动态:报道了提高富锂锰基材料中镍含量和重复退火的策略，使电压平台从3.5V提高到3.8V，能量密度从912瓦时·千克-1提高到1033瓦时·千克-1。改善的机制来自于较低的Li2MnO3含量。

图6富锂锰基材料电化学性能图

文献链接:锂离子电池高电压大容量正极材料。(板牙2018，1705575。doi: 10.1002/adma.201705575)

6.王兆祥(中国科学院物理研究所)

人物简介:王兆祥生于1963年4月。研究员，博士生导师，中国科学院物理研究所。1992年获得中国科学院物理研究所光学硕士学位，1998年获得中国科学院物理研究所凝聚态物理博士学位。1998年6月至2000年7月，在日本米氏大学、英国圣安德鲁斯大学、美国密歇根大学做博士后研究。

研究趋势:由于过渡金属离子(TMs)在富锂锰基材料充放电过程中会不可控地迁移，导致电压平台和容量降低，笔者报道Li1.2Mo0.6Fe0.2O2预充可以促进岩盐相的可控形成，进一步抑制电压平台和容量的降低。

图7材料结构示意图

文献链接:另一个策略，通过快速完成分类混合来消除潜在衰减。能量物质。2018, 1703092.DOI: 10.1002/AENM。201703092)

7.刘兆平(宁波材料学院)

人物简介:刘兆平，博士，研究员，博士生导师，入选中国科学院百人计划、科技部创新人才促进计划中青年科技创新带头人。他的研究兴趣是石墨烯、动力锂离子电池及其材料技术。在J. am等著名学术期刊发表论文120余篇。化学。SOC。安吉尔。化学。马特。，并被他人引用了近5000次；申请国家发明专利160多项，PCT专利6项；带领团队实现磷酸铁锂、石墨烯、锰酸锂等材料的产业化技术、转移转化。主持了国家自然科学基金、中科院重点部署项目、中科院合作项目、宁波科技创新团队项目、企业合作等30余项科技项目。

研究动态:以高浓度硫酸为介质对富锂锰基材料进行预脱锂，在材料中产生氧空位和锂空位，从而获得优异的循环性能，有效抑制电压衰减，每循环电压降0.281mV。提升机制是因为材料的结构已经从层状结构演变为部分尖晶石结构。

图8材料结构演变示意图

文献链接:丰富的纳米级缺陷消除富锂阴极材料中的电压衰减(储能材料，2019，220-227。DOI: 10.1016/J. Ensm.2018.05.022)

8.周(南京大学)

人物简介:周，1964年生于江苏无锡。1985年获得南京大学物理学学士学位，1994年获得日本国立东京大学博士学位。现任南京大学现代工程与应用科学学院长江讲座教授、日本国立东京大学特聘教授、日本国立工业技术学院(AIST)首席研究员。

研究动态:作者报道富锂锰基材料的原始结构以LiTMO2相和Li2MnO3相为主。充放电循环后，转变为以LiTMO2相为内核，尖晶石相和岩盐相为外核的核壳结构。而且这种变化对温度非常敏感，在高温下更容易产生结构变化。变化机理是材料中的层状氧在充放电循环中逸出，导致过渡金属离子在材料表面聚集。

图9结构变化过程示意图

文献链接:锂离子电池用富锂锰层状氧化物的温度敏感性结构演变。化学。SOC。, 2018, 140 (45), 15279–15289.10.1021/JACS。)

注意:上面只介绍了几个有代表性的研究团队，其他很多优秀的团队也做了很多优秀的工作。然而，由于篇幅所限，我们无法在此一一列举。

本文由材料人科技顾问投稿，编辑部编辑。

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