揭示缺陷的演变和结构转变是最终控制先进电池材料的电化学性能的重要研究领域。

近日，美国弗吉尼亚理工大学Feng Lin，Xian-Ming Bai报道了在高能Kr离子辐照下具有3d过渡金属（A_xTMO₂，其中A为碱性离子，TM为过渡金属离子，x≤1）的层状正极的缺陷和结构演变。

文章要点

1）Kr离子辐照可以在短时间内引起正极明显的损伤。在反应堆中，Kr离子辐照产生的级联损伤分布类似于中子辐照。因此，在实验室的实验时间范围内，可以实现在极端环境下的整个实际使用寿命内有效地反映正极缺陷和结构演变。

2）研究人员采用层状P2-Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂(空间群：P6₃/mmc)和O3-LiNiO₂（空间群：Rˉ3M）作为模型材料。P2-Na_2/3Fe_1/2Mn_1/2O₂因其只含有富含稀土的元素而具有较高的放电容量而受到广泛关注。LiNiO₂最近得到了关注，因为其可在动力学上消除正极上的高成本和密集的Co。

3）在原位TEM成像中，基于电子衍射和密度泛函理论（DFT）的计算显示，锂层氧化物比钠层氧化物更能抵抗辐射诱导的结构转变（例如，非晶化）。对被辐照材料的明场双光束图像进行的综合数学分析表明，缺陷簇倾向于沿着被辐照材料的a–b平面优先聚集。此外，电化学循环的正极也表现出相似的行为，如辐照的LiNiO₂和去锂的LiNiO₂。

该研究为设计用于极端辐照环境的电池材料和揭示层状氧化物的基本缺陷动力学提供了重要的见解。

Rahman, M.M., Chen, W., Mu, L. et al. Defect and structural evolution under high-energy ion irradiation informs battery materials design for extreme environments. Nat Commun 11, 4548 (2020)

DOI：10.1038/s41467-020-18345-4

https://doi.org/10.1038/s41467-020-18345-4