中國粉體網訊 鋰離子電池作為高效的能量存儲系統在交通運輸領域具有廣泛的應用，包括混合式動力電動車（HEV），插電式混合動力汽車（PHEV）和電動汽車（EV），但是現有商用的鋰離子電池正極材料不能夠滿足人們對于能量密度、倍率性能以及穩定性的需求。LiNixCoyMnzO2的安全性、流程繁瑣性等問題阻礙了大規模的使用；尖晶石錳LiMn2O4面臨嚴重的容量衰減問題；安全性能好且廉價的LiFePO4擺脫不了低工作電壓、低能量密度的限制，為了提高工作電壓和能量密度，現在學術界和工業界對于LiMn1-xFexPO4材料的研究越來越重視。
北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授課題組最近在LiMn1-xFexPO4材料的結構與性能研究取得重要進展。他們成功合成了兩種高鐵鋰反位量的α-LiMn1-xFexPO4納米材料（50納米的顆粒），相近的反位程度卻表現出了極大的電化學性能差異。通過和布魯克海文國家實驗室、德國于利希國家實驗室、美國阿貢國家實驗室等合作，課題組對兩種材料的結構進行了深入分析，用高精度球差電子顯微鏡首次發現磷酸鐵錳鋰的第二相β-LiMn1-xFexPO4以量子點（2納米左右）嵌在α-LiMn1-xFexPO4 50納米顆粒中。研究發現性能好的材料其鐵鋰反位量高，產生了許多的缺陷位置，因為這些缺陷點打通了相鄰的其他方向的傳輸，使得鋰離子的傳輸從一維鋰離子通道傳輸擴展成為三維通道傳輸，從而提高了該鋰電池材料的充放電性能。如果α-LiMn1-xFexPO4材料存在第二相β-LiMn1-xFexPO4以量子點嵌入形成套嵌結構的納米材料后，嵌入量子點將堵塞部分鋰離子的三維通道傳輸，從而降低了鋰離子在整個晶體的傳輸效率，影響了該鋰電池材料的充放性能。
第二相β-LiMn1-xFexPO4以2納米量子點嵌入到α-LiMn1-xFexPO4 50納米顆粒
三維鋰離子通道通暢傳輸及被套嵌的量子點阻塞的材料表現不同的充放電效率
該研究成果發表在國際材料與能源的頂級期刊Nano Letters (Nano Lett., 2017, 17 (8), 4934–4940, 影響因子為12.7，Nature Index雜志之一)上，該工作由潘鋒教授和布魯克海文國家實驗室的章煒博士指導，由2015級博士生胡江濤作為第一作者及團隊的合作下完成。
文章鏈接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.7b01978
