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胡望宇/閆鵬飛/高飛Nano Lett.: 通過建模和實驗揭示NMC正極中TM的遷移機制

LiNi_yMn_zCo_1-y-zO₂（NMC）正極目前在鋰離子電池中取得了巨大成功，但電化學循環(huán)會在層狀過渡金屬氧化物中誘導過渡金屬 (TM) 離子遷移和氧空位形成，從而導致性能下降。

因此，深入了解循環(huán)過程中過渡金屬 (TM) 離子的演變對于設(shè)計更好的NMC層狀正極至關(guān)重要。

在此，北京工業(yè)大學閆鵬飛教授、湖南大學胡望宇教授及美國密歇根大學高飛教授等人采用第一性原理計算和原子級成像（TEM）組合探索LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ (NMC333) 中的TM遷移機制。

對于體模型，TM/Li交換是TM遷移的有利能量途徑。對于存在氧空位的表面區(qū)域，通過取代鋰空位 (TMsub) 的TM凝聚解釋了表面區(qū)域中經(jīng)常觀察到的TM偏析現(xiàn)象。

Ni 在體區(qū)和表面區(qū)更容易遷移，突出了Ni在穩(wěn)定層狀正極方面的關(guān)鍵作用。此外，一旦TM離子遷移到 Li層，TM離子更容易擴散并形成富含TM的表面層。

本研究為定制具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和卓越性能的分層正極提供了重要見解。

圖1. TM 離子的可能遷移機制

圖2. 含有氧空位的表面區(qū)域可能的降解機制

Unraveling TM Migration Mechanisms in LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂ by Modeling and Experimental Studies, Nano Letters 2021. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c01985

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