来源:中科院网站 发布时间:2018/4/23 16:42:11
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中国散裂中子源第一篇用户实验成果文章发表

 

在北京大学深圳研究生院潘锋课题组、美国国家标准与技术研究院BT1中子衍射仪黄清镇,以及中国散裂中子源通用粉末衍射谱仪何伦华课题组的共同努力下,中国散裂中子源(CSNS)的第一篇用户实验科学成果文章于4月17日在Nano Energy杂志上线,该研究在锂离子电池正极材料结构特性和形成机理方面取得新进展。
 
锂离子电池作为新一代电池,具有重量轻、比能量高、使用寿命长等特点,应用极为广泛。在所有的锂离子电池正极材料中,含有过渡金属镍、锰和钴的三元层状氧化物材料是非常具有应用前景的正极材料。然而,该类材料普遍存在影响材料充放电性能的锂镍反位结构缺陷,X射线衍射等实验方法难以对这种结构缺陷进行精确确定。
 
利用中子对锂原子和镍锰钴过渡金属原子均非常敏感的特性,中国散裂中子源与北京大学深圳研究生院新材料学院合作组成联合研究团队,在CSNS通用粉末衍射谱仪和美国国家标准与技术研究院(NIST)的BT1中子衍射仪上对一系列三元材料的晶体结构进行了精确的表征,建立了三元材料体系中反位缺陷随过渡金属组分的变化规律,提出了材料中锂镍反位与三角晶格阻挫结构特征之间存在关联关系的观点,并从这一新颖的角度对锂镍反位缺陷结构的形成做了自洽的解释。这些重要结果有助于进一步澄清该类型电池材料中缺陷结构与性能之间的关系,对三元锂离子电池正极材料的开发有直接的指导作用。该研究成果发表于国际期刊Nano Energy(Nano Energy,2018, in Press)。中国散裂中子源副研究员何伦华、北京大学深圳研究生院新材料学院副教授肖荫果和教授潘锋为该文的共同通讯作者。该项工作得到国家材料基因重大专项、国家自然科学基金和广东省创新团队的资助支持。
 
位于广东东莞的中国散裂中子源是我国“十一五”国家重大科技基础设施,也是我国第一个脉冲式散裂中子源。CSNS于2017年8月首次打靶成功并获得中子束流,11月达到打靶束流功率的验收指标,并于2018年3月25日通过了工艺鉴定和验收。该项工作的部分中子衍射实验依托CSNS通用粉末衍射谱仪完成,是CSNS建成以来的第一篇科学研究文章。CSNS通过工艺鉴定和验收后,迅速获得高水平的物理成果,充分表明CSNS已经成为我国中子散射研究和应用最先进的平台,具有十分重要的意义。
 
 
 
(a) 三元层状正极材料的晶体结构,(b-d) 不同组分正极材料的高分辨中子衍射谱,(e)三元材料中不同组分与锂镍反位量之间的关系。
 
 
三元层状正极材料中的锂镍反位缺陷和过渡金属原子组成的三角晶格结构单元。
材料的局域结构由于锂镍反位的出现而发生改变,同时材料的磁阻挫通过不同的途径得到舒缓。
 

 

 
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