新聞網(wǎng)訊 新能源電池充放電過程常伴隨著晶格結(jié)構(gòu)和能帶結(jié)構(gòu)的物理改變，明確界面過程的基本物理圖像，對于優(yōu)化能源系統(tǒng)性能指標(biāo)具有重要意義。近日，我校物理科學(xué)學(xué)院能源物理團(tuán)隊和中國科學(xué)院物理研究所清潔能源實驗室合作，利用共振俄歇光電子能譜（mRAES）和近常壓光電子能譜（APXPS）等先進(jìn)物理技術(shù)，研究了LiCoO2模型材料在充放電過程中正極表界面氧電子態(tài)的演化，從實驗上揭示了正極表面高價氧的衰退機(jī)制，相關(guān)成果以“Unveiling the High-valence Oxygen Degradation Across the Delithiated Cathode Surface”為題，發(fā)表在國際頂刊Angewandte Chemie上。論文第一作者是物理科學(xué)學(xué)院教授李慶浩和2021級研究生梁琦，物理科學(xué)學(xué)院教授李強(qiáng)為論文通訊作者，青島大學(xué)為第一通訊單位。
層狀氧化物正極基于陰離子氧化還原機(jī)制（Anionic Redox Reaction, ARR）可以突破過渡金屬能帶電荷補(bǔ)償?shù)娜萘繕O限，提供更高的可逆容量。然而，晶格氧2p能帶損失電子，除了導(dǎo)致體相晶格結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定外，還會引起一系列表面效應(yīng)，使材料性能快速衰減。由于正極表面存在復(fù)雜的固態(tài)電解質(zhì)界面相（Cathode Electrolyte Interphase, CEI），對材料表面氧電子態(tài)的探測極具挑戰(zhàn)，表面晶格氧反應(yīng)與材料衰退之間的關(guān)聯(lián)尚缺乏清晰的物理圖像。該工作首次結(jié)合mRAS和APXPS光譜研究了模型電極LiCoO2中高價氧引起的界面反應(yīng)機(jī)制。mRAS表明在LCO體相發(fā)現(xiàn)的高價氧信號不能在正極表面維持，而是發(fā)生徑向上的價態(tài)衰減；APXPS進(jìn)一步揭示了正極表面CEI層會被逸出氧或高活性氧氧化，不能形成穩(wěn)定的表面從而導(dǎo)致材料性能快速衰減。以上結(jié)果說明，在正極表面構(gòu)筑無ARR反應(yīng)活性或低ARR反應(yīng)活性的結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定CEI，實現(xiàn)基于ARR反應(yīng)高容量材料穩(wěn)定循環(huán)的關(guān)鍵。這些發(fā)現(xiàn)為高容量氧化物正極材料表面結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。
近年來，青島大學(xué)物理科學(xué)學(xué)院面向國家“雙碳”發(fā)展戰(zhàn)略需求，充分發(fā)揮物理科學(xué)基礎(chǔ)研究優(yōu)勢，大力推動能源物理方向高質(zhì)量有特色地發(fā)展，取得了一系列標(biāo)志性成果，得到了國內(nèi)外同行的廣泛肯定和關(guān)注。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202215131
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