鋰離子電池作為一種清潔能源存儲(chǔ)器件，隨著其廣泛應(yīng)用于我們的日常生活之中，它的安全問(wèn)題也越來(lái)越受關(guān)注，比如最近接連發(fā)生的手機(jī)充電過(guò)程中起火或爆炸等。

三元層狀材料Li(NixMnyCoz)O2(NMC)(x+y+z=1)具有較高的理論容量，易合成，以及相對(duì)較低的價(jià)格，是目前應(yīng)用于鋰離子電池最為廣泛的正極材料(如大多數(shù)手機(jī)和TSLA電動(dòng)汽車(chē)所采用的正極材料)，也是北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院協(xié)同深圳公司正在開(kāi)展的國(guó)家電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰電池重大創(chuàng)新工程的關(guān)鍵正極材料。

但是其安全性能較差，當(dāng)過(guò)充或受熱時(shí)容易引發(fā)結(jié)構(gòu)破壞或相變，從晶格釋放氧氣，和有機(jī)電解液接觸后容易起火燃燒，嚴(yán)重的會(huì)引發(fā)爆炸。這也成為其應(yīng)用于電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力鋰電池的一大挑戰(zhàn)。

北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授團(tuán)隊(duì)，對(duì)鋰離子電池三元層狀NMC材料開(kāi)展了系統(tǒng)研究，對(duì)鋰的擴(kuò)散機(jī)理及高低溫的性能開(kāi)展了系統(tǒng)的研究(J.Am.Chem.Soc.,2015,137(26),pp8364)，并發(fā)現(xiàn)NMC622具有最好的高低溫的性能(AdvancedEnergyMaterials2015，DOI:10.1002/aenm.201501309)。

最近他們通過(guò)第一性原理計(jì)算和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)三元層狀正極材料的穩(wěn)定性和晶格結(jié)構(gòu)中最不穩(wěn)定的氧有關(guān)，而氧的穩(wěn)定性又由其基本的配位單元決定(TM(Ni，Mn，Co)3-O-Li3-x’：每個(gè)氧和過(guò)渡金屬層中的三個(gè)過(guò)渡金屬離子配位，同時(shí)和鋰層中的0到3個(gè)鋰離子配位)。

通過(guò)此模型，他們系統(tǒng)地揭示了層狀材料中鋰的含量、過(guò)渡金屬元素的含量及價(jià)態(tài)、Ni/Li反位缺陷等因素對(duì)氧穩(wěn)定性的調(diào)控。這將為今后三元層狀材料鋰離子電池穩(wěn)定性的優(yōu)化供應(yīng)重要線索和理論指導(dǎo)。

上述研究成果以全文形式發(fā)表于國(guó)際著名期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》(J.Am.Chem.Soc.,2016,138,13326?13334)上。

理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到三元層狀材料充電(脫鋰)過(guò)程中起始脫氧溫度的變化。