无钴富锂层状氧化物正极材料储锂机制的中子全散射研究
批准号:
12105197
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵恩岳
依托单位:
学科分类:
中子技术及应用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵恩岳
中文摘要
无钴锰基富锂层状氧化物正极材料因其超高的能量密度和较低的成本而备受关注。然而,钴元素的缺失使得无钴富锂材料在储锂过程中面临更严重的结构不稳定性问题。基于此,本项目提出通过Ni/Mn元素比例优化和4d过渡金属元素痕量掺杂的方法,利用不同过渡金属元素差异化的电子结构特性,调控材料的晶体结构,综合改善其电化学性能。同时,利用中子对锂、氧等轻质元素和镍、锰等近邻元素敏感的特性以及全散射技术在分析局域结构方面的独特优势,系统研究无钴富锂材料在储锂过程中的结构演化规律,确定材料化学组分对其不可逆结构演化以及储锂结构稳定性的调控作用。在制备筛选高性能无钴富锂材料的同时,为该材料体系的进一步优化设计提供理论基础和科学指导。
英文摘要
Due to the ultrahigh energy density and relative low cost, Co-free Mn-based Li-rich layered oxide cathode materials have received great attention. However, the absence of Co element makes Co-free Li-rich materials face the problem of more serious structure instability during the Li storage process. Based on this, a method of Ni/Mn element ratio optimization and trace doping of 4d transition metal elements was proposed in this project, and the crystal structure of materials will be regulated by the different electronic structure characteristics of different transition metal elements, so as to comprehensively improve their electrochemical performance. Meanwhile, the sensitivity of neutron to light elements, such as Li and O, and neighboring elements, such as Ni and Mn, as well as the unique advantage of total scattering in analyzing local structure will be used to systematically study the structure evolution rule of Co-free Li-rich materials during the Li storage process, and the regulating effect of chemical composition on unreversible structure evolution as well as stable Li storage structure will be understanded. While preparing and screening high-performance Co-free Li-rich materials, the research will provide theoretical basis and scientific guidance for the further optimization and design of this material system.
无钴锰基富锂层状氧化物正极材料因其超高的能量密度和较低的成本而备受关注。然而,该材料体系严重的储锂结构不稳定问题,限制了其商业化应用。基于此,本项目利用中子对锂、氧等轻质元素和镍、锰等近邻元素敏感的特性以及全散射技术在局域结构表征方面的独特优势,对无钴富锂材料的储锂机制开展了系统研究。首先,本项目以典型的全锰基无钴富锂材料作为研究模型,借助高分辨中子粉末衍射(NPD),量化了材料层错缺陷与其电化学性能之间的构效关系,并通过非原位中子全散射测试,揭示了稳定的储锂结构源于局域化的氧晶格畸变。其次,本项目引入衍射、小角散射和对分布函数(PDF)等多模态的中子散射技术,系统研究了富锂材料在储锂过程中的局域结构和纳米结构演化行为,建立了材料局域过渡金属Mn离子迁移-纳米团簇生长-阴离子电荷补偿与不可逆电化学行为之间的耦合关系。在此基础上,本项目提出调控材料局域晶格对称性的结构改性策略,并利用非原位中子PDF测试,证实了二重对称性的局域有序晶格在抑制过渡金属Mn离子迁移和稳定阴离子氧化还原储锂结构中的作用。进一步,本项目借助NPD和理论计算,建立了富锂材料配体-金属键共价性与其阴离子氧化还原可逆性之间的量化关系,并研究了具有d0电子结构的3d和4d过渡金属掺杂对材料储锂结构稳定性的影响。同时,本项目还针对无钴富锂材料的表界面结构,提出表面掺杂-包覆双重改性策略,经协同改性后的材料展示出较好的储锂结构稳定性。此外,本项目还利用原位NPD,研究了反位缺陷结构与阴离子电荷补偿之间的动态耦合关系,并引入不同高电压层状氧化物研究模型,提出离子迁移环境调控、电荷转移路径调控等多角度结构调控策略。上述研究结果,对深入理解富锂材料储锂机制及其后续商业应用具有重要意义。
基于多模态中子散射的超高电压(≥4.7V)钴酸锂结构设计
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批准号:12475302
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项目类别:面上项目
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资助金额:53.00万元
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批准年份:2024
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负责人:赵恩岳
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依托单位:
贫钴高镍三元正极材料储锂结构的中子散射研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:赵恩岳
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依托单位:
国内基金
海外基金