锂电池基础科学问题(Ⅱ)——电池材料缺陷化学.pdf

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本文重点讨论了钮电池材料中缺陷形态的类型、热力学基础、缺陷的存在对材 料性质的调制等方面的内容,讨论了小尺寸材料引起的电极电位偏离理想材料的问题。以组离子电池中重要的 正极材料LiFeP04 为例,结合第一性原理计算与原子级分辨的球差校正电镜技术,介绍了LiFeP04 中缺陷的生 成与表征及对电子也导率的调制、对钮离子输运的影响、缺陷结构的可视化以及缺陷进一步演化导致的缺陷簇 和超结构等方面的工作。

摘要:在钮离子电池电极与电解质材料研究中,缺陷化学对于理解材料的物理化学性质,指导材料的理性设

计与优化方面具有重要的意义。本文重点讨论了钮电池材料中缺陷形态的类型、热力学基础、缺陷的存在对材

料性质的调制等方面的内容,讨论了小尺寸材料引起的电极电位偏离理想材料的问题。以组离子电池中重要的

正极材料LiFeP04 为例,结合第一性原理计算与原子级分辨的球差校正电镜技术,介绍了LiFeP04 中缺陷的生

成与表征及对电子也导率的调制、对钮离子输运的影响、缺陷结构的可视化以及缺陷进一步演化导致的缺陷簇

和超结构等方面的工作。

关键词:缺陷化学;电极材料; LiFeP04;电化学;纽电池

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图1 固体中典型缺陷的原子结构示意图

本文简单总结了惺电池材料研究中涉及到的缺

陷化学,以常见的LiFeP04 电极材料为例,讨论了

缺陷态在理离子电池中的重要作用以及对电化学特

性的可能调制作用。相对而言,由于LiFeP04 材料

的重要性, LiFeP04 的缺陷化学问题得到了深入研

究。但一些基本的科学问题,如掺杂是否能在碳包

覆、较小尺寸、降低游离过渡金属含量、提高结晶

度等策略后能进一步提升材料的动力学特性、稳定

性,电子与离子的混合输运特性及其与材料尺寸的

关系,相界面结构的普遍规律,相边界的推移动力

学,多颗粒之间嵌脱鲤后钮在颗粒间的再平衡,嵌

脱钮引起的材料的应力演化等问题一直都还没有明

确的结论。在基础研究还存在很多疑问的情况下,

LiFeP04 材料己广泛地使用在动力电池、储能电池

中,这也是锺离子电池材料研究的普遍现状。管中

窥豹,鲤离子电池各类材料中缺陷化学问题还远没

有研究清楚,相信这些问题的日渐澄清能够为今后

材料的进一步优化和改性提供新的机会.

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