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第一作者：Jiawei Luo

通訊作者：胡文彬，陳亞楠，丁佳

通訊單位：天津大學

胡文彬，1994年獲中南大學有色金屬冶金專業博士學位，同期到上海交通大學金屬基復合材料國家重點實驗室從事博士后科研工作。1996年5月出站后留在實驗室工作并晉升為副教授，1999年破格晉升為教授，曾獲上海市優秀學術帶頭人、曙光學者，教育部新世紀優秀人才。2014年任天津大學材料學院院長、教授、博導。在Nature Energy、Nature Communication、 Chem. Soc. Rev.、 Adv. Mater.、JACS、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、ACS Nano、Nano Energy、Chem. Mater.、J. Mater. Chem. A、J. Power Sources、Corrosion Sci. 等學術期刊發表SCI收錄論文600多篇，被SCI他引超過25000次，2021-2023年連續入選科睿唯安高被引科學家，出版著作或教材4本。

（來源：https://mse.tju.edu.cn/info/1141/1486.htm）

丁佳，天津大學材料科學與工程學院教授/博導，主要從事能源存儲與轉換關鍵材料與器件的應用基礎研究。現已在Nature Energy、Nat. Comm.、Chem. Rev.、Adv. Mater.等期刊發表論文80余篇，以第一/通訊作者在Nat. Comm.、Chem. Rev.、Adv. Mater.(4)、Energy Environ. Sci.(2)、Adv. Energy Mater.(5)、Angew. Chem.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、ESM、Nano Energy等期刊發表研究論文40余篇，論文引用9000余次，9篇ESI高被引論文，2篇ESI熱點論文。獲美國和中國授權專利5項，專利轉讓1項。出版專業教材1部。兼任Carbon Energy、Acta Phys-chim Sin. Chi. Chem. Lett.等多個國際知名期刊青年編委。

（來源：https://mse.tju.edu.cn/info/1141/1942.htm）

陳亞楠，天津大學材料學院“英才計劃”英才副教授、特聘研究員、博士生導師；承擔/參與基金委重大研究計劃，科技部重點研發計劃，國家科技基金等多項課題。擔任國家自然科學基金，瑞士科學基金，中國科協青年托舉項目，科技獎勵，工信部創新創業大賽等評審專家。擔任多種國際著名學術期刊，如Chemical Reviews、Nature Sustainability、Nature Comm.、Science Advances、Matter、Adv. Mater.等40多個學術期刊的審稿人。中國最大的科技傳播平臺”科研云”發起人。

論文速覽

本論文探討了商業化正極材料LiFePO₄（LFP）在快速充電條件下的應用限制，這主要由于鋰離子沿[010]方向的各向異性一維通道跳躍。研究者采用超快速非平衡高溫沖擊（HTS）技術，可控地在LiFePO₄晶格中引入Li-Fe反位缺陷和拉伸應變。這種設計將應變場對性能影響的研究從理論計算擴展到實驗層面。

Li-Fe反位缺陷的存在為Li⁺提供了從4a位的邊共享八面體跨越ab平面到4c位的角共享八面體的新擴散通道，與[010]方向不同。同時，拉伸應變場的存在降低了這一新的二維擴散路徑的能量勢壘。

通過電化學實驗和第一性原理計算，研究表明Li-Fe反位缺陷和晶格應變的獨特多尺度耦合結構促進了Li⁺的各向同性二維通道跳躍，帶來了優異的快速充電性能和循環穩定性（在10C的條件下2000個循環后容量保持率為84.4%）。這種通過多尺度耦合加速Li⁺擴散動力學的新機制可以指導高倍率電極的設計。

圖文導讀

圖1：非平衡態（H-LFP）和平衡態（F-LFP）煅燒中 Li^+?的擴散。

圖2：通過原位高溫同步輻射衍射（HTSRD）技術追蹤非平衡高溫沖擊過程中的結構演變。

圖3：Li-Fe反位缺陷的分布，以及晶格中應變場的分布。

圖4：H-LFP、F-LFP和C-LFP在半電池中的電化學性能。

圖5：多尺度耦合結構對Li⁺擴散的影響，以及通過GITT定量評估了電極材料在充放電過程中的Li⁺擴散系數。

總結展望

本研究通過非平衡高溫沖擊技術成功地在LiFePO₄晶格中引入了Li-Fe反位缺陷和拉伸應變，形成了促進Li⁺各向同性二維擴散的多尺度耦合結構。這一結構顯著提高了材料的快速充電性能和循環穩定性，為設計新型高倍率鋰離子電池正極材料提供了新思路。未來的工作可以進一步優化HTS工藝參數，探索更多具有類似效應的缺陷和應變組合，以及將這種策略擴展到其他類型的電極材料中。

文獻信息

標題：Coupling anti-site defect and lattice tensile stimulates facile isotropic Li-ion diffusion

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202405956

原創文章，作者：wang，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2024/06/08/2853bb9419/

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