胡望宇/闫鹏飞/高飞Nano Lett.: 通过建模和实验揭示NMC正极中TM的迁移机制

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胡望宇/闫鹏飞/高飞Nano Lett.: 通过建模和实验揭示NMC正极中TM的迁移机制
LiNiyMnzCo1-y-z O2（NMC）正极目前在锂离子电池中取得了巨大成功，但电化学循环会在层状过渡金属氧化物中诱导过渡金属 (TM) 离子迁移和氧空位形成，从而导致性能下降。
因此，深入了解循环过程中过渡金属 (TM) 离子的演变对于设计更好的NMC层状正极至关重要。
胡望宇/闫鹏飞/高飞Nano Lett.: 通过建模和实验揭示NMC正极中TM的迁移机制
在此，北京工业大学闫鹏飞教授、湖南大学胡望宇教授及美国密歇根大学高飞教授等人采用第一性原理计算和原子级成像（TEM）组合探索LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 (NMC333) 中的TM迁移机制。
对于体模型，TM/Li交换是TM迁移的有利能量途径。对于存在氧空位的表面区域，通过取代锂空位 (TMsub) 的TM凝聚解释了表面区域中经常观察到的TM偏析现象。
Ni 在体区和表面区更容易迁移，突出了Ni在稳定层状正极方面的关键作用。此外，一旦TM离子迁移到 Li层，TM离子更容易扩散并形成富含TM的表面层。
本研究为定制具有高结构稳定性和卓越性能的分层正极提供了重要见解。
胡望宇/闫鹏飞/高飞Nano Lett.: 通过建模和实验揭示NMC正极中TM的迁移机制
图1. TM 离子的可能迁移机制
胡望宇/闫鹏飞/高飞Nano Lett.: 通过建模和实验揭示NMC正极中TM的迁移机制
图2. 含有氧空位的表面区域可能的降解机制
Unraveling TM Migration Mechanisms in LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2 by Modeling and Experimental Studies, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01985

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