​忻获麟教授，重磅Matter!

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​忻获麟教授，重磅Matter!
了解层状氧化物正极的化学机械降解对于开发下一代锂离子电池的正极至关重要。到目前为止，虽然对层状正极的多模式相变进行了广泛的研究，但对其机械失效的理解只限于裂纹。
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图1. NMC-811层状正极中机械弯曲引起的O3/O1相变
加州大学尔湾分校忻获麟等通过使用深度学习辅助的超分辨率成像，发现了一个应力驱动的相退化机制，该机制不同于层状正极中由脱锂诱导的自失稳驱动的传统途径。
具体而言，这项工作利用原子分辨率扫描TEM（STEM）成像，结合基于人工智能的超分辨率技术，揭示了电化学过程中的应力集中可以导致局部晶格弯曲，形成不同的变形模式，包括高镍层正极的表面扭结和体部扭结。
与以往观察到的O3/ O1转化仅由脱锂过程中的纯剪切实现不同，作者首次表明电化学运行过程中产生的机械弯曲也可以导致O3/O1转化，这表明机械变形也可以在层状正极材料的相变中发挥作用。
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图2. 机械变形引起的涉及O1相变的表面扭结形成
O3→O1的转变不仅在弯曲带中形成，而且在弯曲引起的扭结结构中也形成，这表明应力驱动的相变是材料中广泛存在的典型降解方式。此外，密度函数理论（DFT）计算证实，脱锂晶格中弯曲诱导的O3→O1相变在能量上是有利的。
综上所述，这项工作通过对层状氧化物中机械变形诱导的相变提供新的见解，可能为下一代锂离子电池的高镍层状正极的开发和优化提供有用的指导。
​忻获麟教授，重磅Matter!
图3. 表层和体层扭结的三维原子模型以及有无O3/O1相变的弯曲带的能量学研究
Direct observation of chemomechanical stress-induced phase transformation in high-Ni layered cathodes for lithium-ion batteries. Matter 2023. DOI: 10.1016/j.matt.2023.02.001

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