鋰離子電池經(jīng)正在為便捷化生活方式和環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)服務(wù)。正極材料是鋰離子電池的主要組成部分，磷酸鐵鋰因其高穩(wěn)定性、高安全性而受到青睞，目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用。近期，電動(dòng)汽車(chē)特斯拉公司也給予磷酸鐵鋰非常高的重視，并做出了長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃。因此，為了全方位發(fā)揮磷酸鐵鋰的優(yōu)勢(shì)，對(duì)其深刻研究顯得尤為重要。相比于體相結(jié)構(gòu)對(duì)性能的影響的認(rèn)識(shí)，磷酸鐵鋰固液界面結(jié)構(gòu)所發(fā)揮的作用還有待深入研究。近來(lái)，科研工作者發(fā)現(xiàn)固液界面結(jié)構(gòu)對(duì)鋰離子電池的電化學(xué)性能有非常重要的影響，亥姆霍茲層是固液界面重要的雙電層，包括內(nèi)亥姆霍茲層和外亥姆霍茲層，一般情況下陰離子和陽(yáng)離子吸附層是將影響亥姆霍茲層，從而影響鋰離子在固液界面的傳輸行為和鋰電池的充放電性能。

近日，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授領(lǐng)導(dǎo)的清潔能源中心研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用自主創(chuàng)新單分散納米顆粒（下稱“單顆粒”）鋰電池電化學(xué)方法，研究磷酸鐵鋰固液界面陰離子吸附層對(duì)鋰離子傳輸?shù)挠绊憽＝?jīng)過(guò)系統(tǒng)的單顆粒電化學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論分析發(fā)現(xiàn)溶液中陰離子幾何大小、配位強(qiáng)度、水溶液中電解質(zhì)的強(qiáng)弱等的不同會(huì)導(dǎo)致不同的電化學(xué)行為和不同的界面動(dòng)力學(xué)常數(shù)和活化能，從而導(dǎo)致了鋰離子在界面?zhèn)鬏攧?dòng)力學(xué)的差異性，該工作近日發(fā)表在能源材料領(lǐng)域知名期刊《納米能源》 (Nano Energy, IF=15.5)上。


磷酸鐵鋰單顆粒電化學(xué)研究晶體-溶液界面的雙電層結(jié)構(gòu)（內(nèi)/外亥姆霍茲層）

該研究通過(guò)對(duì)不同陰離子電解質(zhì)溶液中磷酸鐵鋰單顆粒電化學(xué)測(cè)試，結(jié)合單顆粒電化學(xué)多物理場(chǎng)模擬證明了陰離子如硝酸根和氯離子具備較高的界面速率常數(shù)和較低的活化能及電化學(xué)曲線上表現(xiàn)出來(lái)的弱極化現(xiàn)象。通過(guò)量子化學(xué)第一性原理計(jì)算，證明了水分子實(shí)現(xiàn)界面重構(gòu)形成Janus界面（如上圖），它與陰離子發(fā)生的靜電相互作用一起形成雙電層的內(nèi)亥姆霍茲層，以及陰離子的不同會(huì)導(dǎo)致鋰離子傳輸?shù)慕缑婺軌镜牟煌Ｔ撾p電層固液界面研究為我們研究其它鋰電池電化學(xué)界面結(jié)構(gòu)提供了重要參考。

本工作由新材料學(xué)院潘鋒教授指導(dǎo)完成，該論文共同第一作者為胡江濤博士，任文舉博士和陳鑫，潘鋒老師、鄭家新老師和林原老師為共同通信作者。該工作得到了國(guó)家材料基因工程重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和深圳市科技創(chuàng)新委員會(huì)等項(xiàng)目的大力支持。