松山湖材料实验室依托中国散裂中子源在锂离子电池材料结构研究方面再次取得重大突破。

锂离子电池因其各方面的优势，已经被作为储能领域的首选技术。不断提升其能量密度一直是各国科学家和技术人员努力的方向。锂离子电池的能量密度正相关于单位质量正极材料脱嵌锂的数量。众多研究表明，富锂氧化物正极材料中的晶格氧可以通过自身的变价（氧化还原）反应来大幅度提升材料脱嵌锂的数量，从而实现较高的能量密度。然而，如何设计调控材料的结构去实现稳定可逆的氧变价反应一直不是非常明确。

近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心赵恩岳博士生、李庆浩博士在松山湖材料实验室双聘研究员王芳卫、禹习谦的共同指导下，与物理所的孟繁琦博士生、谷林研究员、何伦华研究员，美国劳伦斯伯克利国家实验室Wanli Yang研究员以及上海同步辐射光源、美国橡树岭国家实验室、日本散裂中子源的研究人员合作，首次结合中子粉末衍射与中子对分布函数技术揭示了3D无序的阳离子骨架结构可以用来稳定富锂氧化物正极材料中的氧晶格和氧变价反应。这一重大发现为后续高性能新材料的设计提供了非常好的理论基础与研发思路。该工作发表在化学领域顶级期刊Angew. Chem. Int. Ed.（IF: 12.102）上，论文在审稿过程中受到了审稿人的高度评价，被期刊编辑部评选为Very Important Paper（VIP, Top 5%），并被国际专业媒体ChemistryViews重点报道。

该工作取得的重大突破得益于毗邻松山湖材料实验室的中国散裂中子源（CSNS）。本工作中研究人员使用同位素⁷Li源合成了锂离子电池材料样品，在CSNS通用粉末衍射谱仪（GPPD）上采集了高质量的中子粉末衍射数据，精准确定了材料的初始晶体结构信息。位于我国广东东莞的中国散裂中子源CSNS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，与美国散裂中子源SNS、日本散裂中子源J-PARC和英国散裂中子源ISIS构成了目前世界上主要的四大脉冲式散裂中子源。CSNS 于2018年8月23日顺利通过国家验收，并投入正式运行。CSNS在正式运行较短的时间内，就取得重大科研成果突破，表明其运行能力已得到国际同行的认可，并且已经具备成为我国中子散射研究最先进平台的潜力，具有重大意义。

此外，中国散裂中子源中子先进表征平台的建成和成功运行也为位于粤港澳大湾区的松山湖材料实验室建设成为有国际影响力的新材料研发基地、未来国家物质科学研究中心奠定了坚实的基础。

该工作得到了科技部国家重点研发计划，国家自然科学基金，松山湖材料实验室的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.201900444

下载附件：

Stabilizing the Oxygen Lattice and Reversible Oxygen Redox  Chemistry through Structural Dimensionality in Lithium-Rich Cathode  Oxides.pdf

图1 富锂氧化物正极材料结构示意图

图2 材料中子粉末衍射、中子对分布函数以及电化学数据

图3 材料氧变价电荷补偿过程

图4 氧变价过程中氧晶格结构的演化

撰稿：未知