鋰離子電池曾經(jīng)廣大利用到社會生活的各個方面，讓人們的生活帶來便捷。但鋰離子電池中還存留少許根基科學難題非是很明白，此中，進一步揭示儲鋰資料儲鋰機理對改進鋰離子電池功能和探尋新資料有著至關(guān)要緊的效用。華夏科學院物理探討所/北京凝聚態(tài)物理國度實驗室(籌)清潔燃料實驗室E01組胡勇勝探討員等經(jīng)過氮摻雜的碳資料包覆長生命儲能型鋰離子電池用尖晶石構(gòu)造的鈦酸鋰(Li4Ti5O12),建立有用的三維混合導電網(wǎng)站，大大改進了該資料的倍率功能(Adv.Mater.,23:1385-1388,2011；Phys.Chem.Chem.Phys.,13:15127-15133,2011；ChemSusChem,5:526-529,2012.)。同一時間，李泓探討員、胡勇勝探討員與A01組谷林探討員合作，應用球差校正環(huán)形明場成像技藝(STEM-ABF)并聯(lián)合第一性原理計算，在原子尺度上探討了鋰離子在儲鋰資料中的存儲舉止(EnergyEnviron.Sci.,2011,4:2638-2644；J.AmChem.Soc.,2011,133:4661-4663;Phys.Chem.Chem.Phys.,2012,14:5363-5367.)。

　　最近，盧俠博士探討生、胡勇勝探討員與A01組谷林探討員利用該技藝對充放電進程中鈦酸鋰的構(gòu)造演變發(fā)展深入探討，取得了下列新進展：(i)沿[110]方向清楚觀看到了鋰離子在鈦酸鋰中的庫存位子；(ii)初次在原子尺度觀看到該資料的兩相界面構(gòu)造，從而證實了鈦酸鋰中的兩相反映機理，這關(guān)于了解鋰離子電池中兩相反映機理有要緊參考價格；(iii)應用原子分辨的電子能量失譜(EELS)探討了鋰化資料中的電荷分布難題，發(fā)覺電荷的非勻稱分布，和第一性原理計算結(jié)果絕對；(iv)觀看到全部鈦酸鋰資料外表顯現(xiàn)1-2納米厚度的不同于體相的構(gòu)造，這可能是導致該資料在實質(zhì)利用時脹氣的原因。相干效果發(fā)表在新一期的《領(lǐng)先進步資料》上(Adv.Mater.,2012,24:3233-3238.)。

　　上述事業(yè)獲得了科技部儲能資料探討創(chuàng)新團隊、科學院常識創(chuàng)新工程燃料名目群方向性名目、科學院百人計劃、基金委燃料名目群要點名目的扶持。

　　圖1.(a)尖晶石Li4Ti5O12的晶格構(gòu)造示意圖，垂直方向為[110]，1,2,3和4區(qū)別對應16d,32e,8a和16c晶格位子.(b)和(c)為Li4Ti5O12的球差校正暗場和亮場照片.(d)襯度反轉(zhuǎn)的線襯度示意圖，沿AB方向，其上方為放大的局部照片和原子構(gòu)造示意圖。

　　圖2.化學鋰化的Li4+xTi5O12(x≈0.15)兩相界面構(gòu)造示意圖。(a)電鏡亮場照片，黃線為兩相界面，帶軸為[110]。(b)和(c)區(qū)別對應a圖中兩個地域的線襯度示意圖。(d)彩色的兩相(Li4Ti5O12相(region1)andLi7Ti5O12相(region2))界面示意圖。(e)第一性原理計算模擬的兩相界面示意圖，在Li4相中8aLi位子維持不變，可是在Li7相中16c位子的Li在界面周邊產(chǎn)生了顯著的偏移，和電鏡結(jié)果絕對。

　　圖3.Ti-L2,3原子分辨的電子能量損耗譜.(a)第一性原理計算顯現(xiàn)的不同化學狀況Ti的分布示意圖。(b)彩色暗場鋰化的Li4Ti5O12電鏡照片。(c)Ti-L2,3原子分辨的電子能量損耗譜，顯現(xiàn)鋰化后的樣品中的電荷非勻稱分布。

　　圖4.放大的Li4Ti5O12暗場和亮場電鏡照片�？尚酗@著瞧出外表顯現(xiàn)1-2納米厚度的不同于體相的構(gòu)造，這可能是導致該資料在實質(zhì)利用時脹氣的原因。