七家单位联发EnSM：原位中子衍射揭示锂离子在NCM/石墨全电池中的迁移行为

LiNi_xCo_yMn_zO₂ (NCM, 0 ≤ x, y, z < 1)/石墨电池具有高容量和成本效益而引起了广泛关注，然而有限的倍率性能和不令人满意的结构稳定性仍然阻碍了其在大规模储能设备中的应用，电池电化学性能的提高需要深入了解电化学循环过程中电极的结构演变。

在此，包括北京大学、中科院高能物理研究所、东莞散裂中子源科学中心、中科院物理研究所、松山湖材料实验室、南方科技大学、比亚迪公司在内的七家单位联合发文研究上述问题，其中北京大学新材料学院肖荫果副教授为通讯作者。

利用中子的敏感、穿透和无损特性，作者采用原位中子衍射研究了具有NCM正极和石墨负极的锂离子电池运行过程中的结构演变。结果表明，由于锂层中的空位数量、镍离子的氧化态和磁阻挫之间的竞争效应，Li/Ni反位缺陷的浓度在循环过程中会在层状正极中发生变化并呈现规则的火山形状。

图1. 锂离子迁移路径的可视化

此外，正极中锂离子迁移路径的可视化表明，锂离子在初始充电状态下通过四面体位点跳跃路径扩散，但之后新发现的间接锯齿形跳跃路径占主导地位。因此，平衡O-O键和稳定过渡金属层可能有助于提高锂离子的倍率能力。

至于石墨负极对应物，锂离子嵌入/脱嵌到负极中经历了几个不同的阶段，包括形成具有锂梯度的中间相。所有这些关于正极和负极同时结构变化的观察结果揭示了锂离子在 NCM/石墨全电池中的潜在迁移行为，并启发设计出锂离子迁移的优化途径，以实现高性能锂离子电池。

图2. 循环过程中石墨负极的结构演变

Unveiling the migration behavior of lithium ions in NCM/Graphite full cell via in operando neutron diffraction, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.032

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七家单位联发EnSM：原位中子衍射揭示锂离子在NCM/石墨全电池中的迁移行为

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