您好, 歡迎來到化工儀器網
島津XPS 用戶成果分享—中科院化學所郭玉國研究員團隊（一）
?
儀器簡介
化學所郭玉國研究員團隊與島津合作設計并搭建了適用于原位電化學的X-射線光電子能譜儀（圖1）。儀器致力服務于能源存儲器件界面研究。為理解儲能器件相關的界面問題，揭示電化學反應過程中界面膜的形成過程，闡明電池體系中界面特性與離子輸運關系及離子在界面上的傳輸特性提供支撐；從而推動高比能新型化學電源與關鍵新材料體系的發展。
圖1：中國科學院化學研究所原位電化學X射線光電子能譜儀
團隊簡介
郭玉國研究員，2007年起任中科院化學所研究員，課題組長，現任中國科學院大學崗位教授，博士生導師，中科院分子納米結構與納米技術重點實驗室副主任，中國化學會電化學專業委員會副主任、科睿唯安全球高被引學者、中國硅酸鹽學會固態離子學分會理事和副秘書長。團隊主要研究方向為能源電化學與納米材料的交叉研究。在高比能鋰離子電池、鋰硫（硒）電池、固態電池、鈉離子電池等電池技術及其關鍵材料方面取得一些研究成果，致力于推動基礎研究成果的實際應用，開發出的高性能硅基負極材料實現了成果轉化。在國際知名期刊上發表SCI論文380余篇，他人引用超過51000次，h指數為116，連續9年被科睿唯安評選為全球“高被引科學家”，出版電池方面英文專著1部。獲外國發明專利授權11項，中國發明專利授權116項，成果轉化多項。主持承擔科技部國家重點研發計劃項目、國家杰出青年科學基金、國家自然科學基金重點項目、中國科學院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃、中國科學院重點部署項目、中國科學院戰略先導項目課題、北京市自然科學基金重點研究專題項目、北京市、工信部和企業的橫向項目。曾榮獲中國青年科技獎、中國科學院青年科學家獎、國際電化學委員會ISE Tajima獎、國際能量存儲與創新聯盟青年成就獎、國際電化學能源科學院IAOEES卓越研究獎、美國麻省理工學院《Technology Review》“全球杰出青年創新家TR35” 等學術獎項。
團隊近期部分成果簡介
實現“雙碳”目標的時代背景下迫切需要發展高效電能存儲技術，鋰離子電池作為先進的電化學能源儲存器件之一，在便攜式電子設備及電動汽車等領域得到廣泛應用。其中高鎳正極材料由于具有高容量和低成本的特點，是非常有前景的高比能鋰離子電池正極材料之一。然而高鎳正極材料嚴重的界面副反應與充放電過程的體積形變導致容量衰減快、安全性差與機械失效等問題，嚴重限制了其大規模商業應用。本期島津XPS 用戶成果分享主要介紹化學所郭玉國研究團隊近期在高鎳三元正極材料領域研究的一些進展及XPS測試技術在其中的應用。
單晶高鎳正極材料的合成新方法
促使二次球形顆粒的納米晶粒長大成微米級單晶顆粒，不僅能夠降低材料比表面積、減少界面副反應提高安全性，而且還能消除多晶二次球顆粒晶間裂縫問題，使高鎳正極材料的安全性得到提高。使得近年來單晶高鎳正極材料研究成為熱點。雖然高鎳正極材料單晶化帶來諸多優勢，但是合成電化學性能優異的大尺寸單晶高鎳正極材料非常具有挑戰性。本研究通過晶格匹配性篩選出促使晶粒生長的燒結助劑，從而合成了1-12 μm范圍內粒徑可控的單晶高鎳正極材料，粒徑的可控制備為實現高壓實密度極片創造了條件，突破了目前商業高鎳正極壓實密度3.4 g cm-3的極限達到3.9 g cm-3。實現了高鎳三元正極材料高的體積能量密度與高的質量能量密度，材料體積能量密度達到3000 Wh L-1, 組裝的軟包電池體積能量密度高達730 Wh L-1，質量能量密度303 Wh kg-1。該材料有望替代鈷酸鋰正極材料，從而減少3C領域對鈷的依賴，為緩解鈷資源危機提供了一種新思路[1]。此外，該工作煅燒助劑的篩選與晶粒生長機制的研究為其他儲能電極材料的合成提供了有益參考[2]。在該工作中研究團隊利用XPS研究了單晶高鎳正極材料電化學循環過程中CEI的演化過程，表明單晶顆粒由于較小的比表面積與煅燒助劑的表面富集抑制了電池循環過程中的副反應發生（圖2），提高了高鎳正極材料的循環穩定性。
圖2. XPS測試分析電池循環中單晶高鎳正極材料表面CEI的組成演化。
參考文獻：
1. Ji-Lei Shi, Hang Sheng, Xin-Hai Meng, Xu-Dong Zhang, Dan Lei, Xiaorui Sun, Hongyi Pan, Junyang Wang, Xiqian Yu*, Chunsheng Wang*, Yangxing Li*, Yu-Guo Guo*, Natl. Sci. Rev. 2023, 10, nwac226.
2. Hang Sheng, Xin-Hai Meng, Dong-Dong Xiao, Min Fan, Wan-Ping Chen, Jing Wan, Jilin Tang, Yu-Gang Zou, Fuyi Wang, Rui Wen, Ji-Lei Shi*, Yu-Guo Guo*, Adv. Mater. 2022, 34, 2108947.
本文內容非商業廣告，僅供專業人士參考。