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第一作者：Jiawei Luo

通訊作者：胡文彬，陳亞楠，丁佳

通訊單位：天津大學(xué)

胡文彬，1994年獲中南大學(xué)有色金屬冶金專業(yè)博士學(xué)位，同期到上海交通大學(xué)金屬基復(fù)合材料國家重點實驗室從事博士后科研工作。1996年5月出站后留在實驗室工作并晉升為副教授，1999年破格晉升為教授，曾獲上海市優(yōu)秀學(xué)術(shù)帶頭人、曙光學(xué)者，教育部新世紀優(yōu)秀人才。2014年任天津大學(xué)材料學(xué)院院長、教授、博導(dǎo)。在Nature Energy、Nature Communication、 Chem. Soc. Rev.、 Adv. Mater.、JACS、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、ACS Nano、Nano Energy、Chem. Mater.、J. Mater. Chem. A、J. Power Sources、Corrosion Sci. 等學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI收錄論文600多篇，被SCI他引超過25000次，2021-2023年連續(xù)入選科睿唯安高被引科學(xué)家，出版著作或教材4本。

（來源：https://mse.tju.edu.cn/info/1141/1486.htm）

丁佳，天津大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院教授/博導(dǎo)，主要從事能源存儲與轉(zhuǎn)換關(guān)鍵材料與器件的應(yīng)用基礎(chǔ)研究?，F(xiàn)已在Nature Energy、Nat. Comm.、Chem. Rev.、Adv. Mater.等期刊發(fā)表論文80余篇，以第一/通訊作者在Nat. Comm.、Chem. Rev.、Adv. Mater.(4)、Energy Environ. Sci.(2)、Adv. Energy Mater.(5)、Angew. Chem.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、ESM、Nano Energy等期刊發(fā)表研究論文40余篇，論文引用9000余次，9篇ESI高被引論文，2篇ESI熱點論文。獲美國和中國授權(quán)專利5項，專利轉(zhuǎn)讓1項。出版專業(yè)教材1部。兼任Carbon Energy、Acta Phys-chim Sin. Chi. Chem. Lett.等多個國際知名期刊青年編委。

（來源：https://mse.tju.edu.cn/info/1141/1942.htm）

陳亞楠，天津大學(xué)材料學(xué)院“英才計劃”英才副教授、特聘研究員、博士生導(dǎo)師；承擔/參與基金委重大研究計劃，科技部重點研發(fā)計劃，國家科技基金等多項課題。擔任國家自然科學(xué)基金，瑞士科學(xué)基金，中國科協(xié)青年托舉項目，科技獎勵，工信部創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等評審專家。擔任多種國際著名學(xué)術(shù)期刊，如Chemical Reviews、Nature Sustainability、Nature Comm.、Science Advances、Matter、Adv. Mater.等40多個學(xué)術(shù)期刊的審稿人。中國最大的科技傳播平臺”科研云”發(fā)起人。

論文速覽

本論文探討了商業(yè)化正極材料LiFePO₄（LFP）在快速充電條件下的應(yīng)用限制，這主要由于鋰離子沿[010]方向的各向異性一維通道跳躍。研究者采用超快速非平衡高溫沖擊（HTS）技術(shù)，可控地在LiFePO₄晶格中引入Li-Fe反位缺陷和拉伸應(yīng)變。這種設(shè)計將應(yīng)變場對性能影響的研究從理論計算擴展到實驗層面。

Li-Fe反位缺陷的存在為Li⁺提供了從4a位的邊共享八面體跨越ab平面到4c位的角共享八面體的新擴散通道，與[010]方向不同。同時，拉伸應(yīng)變場的存在降低了這一新的二維擴散路徑的能量勢壘。

通過電化學(xué)實驗和第一性原理計算，研究表明Li-Fe反位缺陷和晶格應(yīng)變的獨特多尺度耦合結(jié)構(gòu)促進了Li⁺的各向同性二維通道跳躍，帶來了優(yōu)異的快速充電性能和循環(huán)穩(wěn)定性（在10C的條件下2000個循環(huán)后容量保持率為84.4%）。這種通過多尺度耦合加速Li⁺擴散動力學(xué)的新機制可以指導(dǎo)高倍率電極的設(shè)計。

圖文導(dǎo)讀

圖1：非平衡態(tài)（H-LFP）和平衡態(tài)（F-LFP）煅燒中 Li^+?的擴散。

圖2：通過原位高溫同步輻射衍射（HTSRD）技術(shù)追蹤非平衡高溫沖擊過程中的結(jié)構(gòu)演變。

圖3：Li-Fe反位缺陷的分布，以及晶格中應(yīng)變場的分布。

圖4：H-LFP、F-LFP和C-LFP在半電池中的電化學(xué)性能。

圖5：多尺度耦合結(jié)構(gòu)對Li⁺擴散的影響，以及通過GITT定量評估了電極材料在充放電過程中的Li⁺擴散系數(shù)。

總結(jié)展望

本研究通過非平衡高溫沖擊技術(shù)成功地在LiFePO₄晶格中引入了Li-Fe反位缺陷和拉伸應(yīng)變，形成了促進Li⁺各向同性二維擴散的多尺度耦合結(jié)構(gòu)。這一結(jié)構(gòu)顯著提高了材料的快速充電性能和循環(huán)穩(wěn)定性，為設(shè)計新型高倍率鋰離子電池正極材料提供了新思路。未來的工作可以進一步優(yōu)化HTS工藝參數(shù)，探索更多具有類似效應(yīng)的缺陷和應(yīng)變組合，以及將這種策略擴展到其他類型的電極材料中。

文獻信息

標題：Coupling anti-site defect and lattice tensile stimulates facile isotropic Li-ion diffusion

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202405956

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/06/08/2853bb9419/

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