中國儲能網(wǎng)訊：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)表在國際材料與能源的頂級期刊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家實驗室的章煒博士指導(dǎo)，由2015級博士生胡江濤作為第一作者及團(tuán)隊的合作下完成。
【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
三維鋰離子通道通暢傳輸及被套嵌的量子點阻塞的材料表現(xiàn)不同的充放電效率
【研究內(nèi)容】
鋰離子電池作為高效的能量存儲系統(tǒng)在交通運輸領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用，包括混合式動力電動車（HEV），插電式混合動力汽車（PHEV）和電動汽車（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)界對于LiMn1-xFexPO4材料的研究越來越重視。
通過和布魯克海文國家實驗室、德國于利希國家實驗室、美國阿貢國家實驗室等合作，課題組對兩種材料的結(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（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，因為這些缺陷點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以量子點嵌入形成套嵌結(jié)構(gòu)的納米材料后，嵌入量子點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晶體的傳輸效率，影響了該鋰電池材料的充放性能。
