三元材料是目前鋰離子電池廣泛應用的正極材料，也是正在開展的國家電動汽車動力電池重大創新工程的關鍵正極材料。隨著目前動力電池的需求越來越高，對鋰離子電池的功率密度提出了更高的要求。這就要求電池正極材料具有快速充放電的性能，而影響鋰電池充放電速度最重要的因素是正極材料自身的鋰離子輸運機理。日前，北京大學新材料學院的科研人員在鋰電池材料輸運機理方面取得重要突破，相關成果發表于《美國化學會志》。
北京大學的科研人員開展交叉學科協同創新，通過理論計算和實驗測量，首次系統地、完備地揭示了三元層狀正極材料的鋰離子是如何脫出的輸運機理。他們采用量子化學的第一性原理的理論計算發現，三元層狀正極材料中，存在兩種類型的鋰離子擴散通道ODH和TSH，在充電的初始階段以ODH為主，隨后以TSH為主。同時錳和鈷等過渡金屬元素會對結構、缺陷和鋰層的層間距起到調制作用，從而間接影響鋰離子的擴散。
同時，他們還采用電化學的實驗測量一系列三元層狀正極材料的鋰離子擴散系數，進一步驗證了所提出的機理和模型。這將為今后三元材料鋰離子動力學性質的優化和設計以及制備高性能的鋰電池材料提供重要線索和理論指導。
來源：中國科學報
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