Al-Cu-Fe quasicrystals as anode of lithium ion battery
本文采用Al-Cu-Fe准晶合金作为锂离子电池负极材料。首次放电比容量为204 mAh/g。循环伏安法表明，Al-Cu-Fe准晶的氧化峰在1.4V左右。还原峰在0.3V处。Al-Cu-Fe准晶具有较高的锂离子扩散阻抗和首次循环的Warburg值。X射线衍射分析表明，在首次充放电循环中，进入准晶结构的Li原子不能完全脱离准晶，从而导致不可逆容量的产生。
2018-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Operando optical tracking of single-particle ion dynamics and phase transitions in battery electrodes
推进锂离子电池技术的关键，特别是快速充电能力，是我们能够在现实条件下实时跟踪和理解材料在纳米到中尺度上的动态过程。目前，锂离子动力学的操作成像需要复杂的同步加速器X射线或电子显微镜技术，但这些技术不适合高通量材料筛选。这限制了快速和合理的材料改进。在这里，我们介绍了一个简单的实验室为基础的，光学干涉散射显微镜，以解决电池材料中的纳米锂离子动力学，并将其应用于以下的原型阴极材料锂$_\textit{x}$ CoO $_2$的重复循环。该方法使我们能够直接可视化的绝缘体金属，固溶体和锂有序相变在这种材料。我们在单粒子水平上确定锂的插入和移除速率，并确定充电与放电时发生的不同机制。最后，我们捕获的动态形成的域边界之间的不同的晶体取向与单斜晶格畸变在周围的Li $_{0.5}$ CoO $_2$。我们的方法的高通量性质允许在整个电极上对许多颗粒进行采样，并且向前发展，将能够探索位错，形态和循环速率对电池退化的作用。我们成像概念的一般性意味着它可以应用于研究任何电池电极，更广泛地说，离子传输与电子或结构变化相关的系统，包括纳米离子膜，离子导电聚合物，光催化材料和忆阻器。
2020-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Understanding the degradation of a model Si-anode in Li-ion battery at the atomic-scale
由于与石墨相比，预期容量增加十倍，Si阳极长期以来一直是候选者。然而，控制其降解的机制的细节仍然难以捉摸，阻碍了科学指导的长寿命硅基阳极的发展。在这里，我们展示了冷冻原子探针断层扫描的最新发展如何使电极和电解质的深入分析，以及它们在原子水平上的界面。
2022-07-17 cond-mat.mtrl-sci
A novel two-mechanism full battery model for solid state Li-ion batteries: review and comparisons
近年来，出于安全性（由于有毒和易燃的有机液体电解质的问题是众所周知的）以及高能量密度\cite{SCHNELL2018160,Zheng2018}的原因，对开发全固态电池有很大的兴趣。与实验研究并行的是，计算模拟\cite{GrazioliEtAlCM2016}揭示了在电池运行期间以不同尺度\cite{LiMonroeARCBM2020}互连的几种物理学。因此，几种先进的数学模型已经出版了\cite{bistriM2020}。我们在这里提出了一个新的先进的模型，这是多尺度兼容和完全三维的性质。此外，我们回顾了一些经典的或鼓舞人心的模型，突出的概念演变，最终收集在我们的工作。该模型的实验证据的Li/LiPON/LiCoO $_2$薄膜电池发表在\cite{Danilovetal2011}。
2021-05-06 cond-mat.mtrl-sci
Metastable Cation-Disordered Niobium Tungsten Oxides as Li-ion Battery Anode Materials
本研究开发了新型anti-Li3N结构的全阳离子无序亚稳态铌钨氧化物，发现其作锂电负极时会转变为阳离子无序立方结构，丰富了相关材料体系与负极机理研究。
2023-06-14 cond-mat.mtrl-sci
Defective graphene as promising anode material for Na-ion battery and Ca-ion battery
我们研究了Na和Ca在具有双空位（DV）和Stone-Wales（SW）缺陷的石墨烯上的吸附。我们的研究结果表明，吸附是不可能的原始石墨烯。然而，它们在有缺陷的片材上的吸附在能量上是有利的。增强的吸附可以归因于吸附原子和下面的缺陷片之间的电荷转移增加。随着缺陷密度的增加直到某个可能的极限，最大吸附百分比也增加，从而得到更高的电池容量。对于最大可能的DV缺陷，我们可以实现Na离子电池（NIB）的1459 mAh/g和Ca离子电池（CIB）的2900 mAh/g的最大容量。对于完全SW缺陷的石墨烯，我们发现NIB和CIB的最大容量分别为1071 mAh/g和2142 mAh/g。我们的研究结果将有助于为NIB和CIB创造更好的阳极材料，具有更高的容量和更好的循环性能。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
A lithium-ion battery based on a graphene nanoflakes ink anode and a lithium iron phosphate cathode
锂离子可充电电池使无线革命改变了全球通信。然而，未来的挑战要求分布式能源供应达到目前储能技术不可行的水平。需要能够提供更高能量密度的新材料。在这里，我们报告了一类基于石墨烯墨水阳极和磷酸铁锂阴极的新型锂离子电池。通过仔细平衡电池组成和抑制阳极的初始不可逆容量，我们证明了在比容量方面的最佳电池性能，即165 mAhg-1，估计能量密度约为190 Whkg-1和寿命，具有超过80个充电-放电循环的稳定操作。我们将这些独特的特性与石墨烯纳米片阳极在边缘显示出晶体有序性和高锂吸收率，以及与整体电池组成相关的结构和形态优化联系起来。我们的方法与任何印刷技术兼容，价格低廉，可扩展，为高容量锂离子电池的开发开辟了新的机会。
2014-03-10 cond-mat.mtrl-sci
Optimization of ionic configurations in battery materials by quantum annealing
针对位点占据无序的能源材料构型空间指数扩展的计算挑战，提出基于库仑能量代价函数勒让德变换的正则系综优化方法，降低耦合强度以适配量子退火采样离子基态，可推广至多种材料优化。
2024-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Extracting the Redox Orbitals in Li Battery Materials with High-Resolution X-Ray Compton Scattering Spectroscopy
我们提出了一个精辟的光谱技术，直接探测氧化还原轨道的基础上，通过高分辨率X射线康普顿散射体电子动量密度测量。讨论了该方法在锂离子电池正极材料尖晶石LixMn2O4中的应用。在锂的嵌入和提取过程中所涉及的轨道被证明主要是氧2p轨道。此外，锰的3d状态显示出经历空间离域，涉及0.16电子每个Mn网站在电池操作过程中。我们的分析提供了对锂离子电池工作中所涉及的基本氧化还原过程的清晰理解。
2015-03-03 cond-mat.mtrl-sci
Atom probe analysis of battery materials: challenges and ways forward
电动汽车的全球发展，以及用于补偿可再生能源发电间歇性的大规模或电网规模储能，引发了人们对电池技术的兴趣激增。了解控制电池容量的因素，以及关键的降解机制，以确保长期，可持续和安全的操作，需要详细了解它们的微观结构和化学性质，以及它们在纳米级操作条件下的演变。原子探针层析成像（APT）提供了亚纳米分辨率的三维材料成分映射，并有望在电池研究中发挥关键作用。然而，APT的基础是一个强烈的电场，可以驱动锂迁移，许多电池材料是反应性氧化物，需要小心处理和样品转移。在这里，我们报告的阳极和阴极材料的分析，并表明，电场驱动的迁移可以抑制通过使用屏蔽嵌入粉末颗粒在金属基体或通过使用薄的导电表面层。我们证明，对于典型的阴极材料，超高真空下的低温样品制备和运输会导致样品在分析过程中发生大量脱锂。相比之下，通过空气运输样品能够分析材料。最后，我们讨论了可能的物理基础，并讨论了实现电场屏蔽的方法，这有助于解决电池材料APT分析所固有的挑战。
2022-01-20 cond-mat.mtrl-sci
WS2-graphite dual-ion battery
将传统石墨负极和高容量的少层WS 2鳞片负极结合在一起，研制了一种新型WS 2-石墨双离子电池。WS 2薄片通过利用湿喷射研磨（WJM）剥离来生产，其允许在分散体中大量生产少层WS 2薄片，剥离产率为100%。WS 2-阳极使得基于六氟磷酸盐（PF 6-）和锂（Li+）离子的DIB能够在0.1、0.2、0.3、0.4、0.8和1.0 A g-1的电流率下分别实现457、438、421、403、295和169 mAh g-1的充电比容量，优于常规DIB。基于WS 2的DIB在0至4 V电池电压范围内工作，从而扩展了传统基于WS 2的锂离子电池（LIB）的工作电压窗口。这些结果表明，开发WS 2和可能的其他过渡金属二硫属化物（TMD），用于开发下一代储能设备的新途径。
2019-03-21 cond-mat.mtrl-sci
Mechanism of Na-ionic conduction in the high efficient layered battery material Na2Mn3O7
技术上重要的二维（2D）层状电池材料Na 2 Mn 3 O 7的离子导电性能，具有特殊的小电压之间的滞后充电和放电曲线，已被研究作为温度和频率的函数的阻抗谱。详细分析的阻抗数据的形式，直流电导率，交流电导率，电模量，介电常数和复杂的极化率揭示了一个长范围的钠离子的电导率与本地偶极弛豫的贡献可以忽略不计。随着温度从353 K升高到713 K，Na离子电导率显著增加（约10^4倍）。温度依赖性的电导率揭示了热激活的传导过程，激活能分别为0.161和0.377 eV的两个温度范围内的383-518 K和518-713 K。交流电导率的研究表明，在518 K时，载流子的导电存在一个长程跳跃过程，跳跃范围急剧增加。对交流电导率的标度研究表明，频率激活电导率（在353 K时大于10^4 Hz）主要受临界频率控制，临界频率随温度升高而增加。Na离子在Na_2Mn_3O_7中的传导主要是通过相关的势垒跳跃过程进行的。此外，通过X射线和中子衍射研究，建立了离子导电性与晶体结构之间的关系。我们进一步表明，Na 2 Mn 3 O 7的导电性可以通过减少晶体结构中的堆垛层错来增强。我们的研究有助于理解具有高储能容量和高结构稳定性的高效2D电池材料Na 2 Mn 3 O 7的微观离子导电机制，为发现电池应用材料铺平了道路。
2021-06-23 cond-mat.mtrl-sci
High-Throughput Computation of Li-based Battery Material Databases: Chemistry-Processing-Property Relationships
在本文中，我们将处理到数据驱动的性能建模的锂基尖晶石电池材料。当考虑具有Me作为一种或多种金属的LiMe 2 O 4形式的尖晶石化合物时，假设最多三种金属元素，存在125，000种可能的组合。在这项工作中，我们专注于预测属性的容量，并通过将处理纳入建模中，将可能的组合数量增加到200万。由于工艺和性能之间的非线性关系，以及确保适当的灵敏度，一种新的方法，跟踪变化的工艺。这项工作为指导下一代电池实验提供了宝贵的工具，大大缩小了无限的设计空间。
2022-03-16 cond-mat.mtrl-sci
Exploits, advances and challenges benefiting beyond Li-ion battery technologies
由于对移动设备、电动汽车和储能系统的迫切需求，电池市场正在迅速扩张，为当前的能源转型保驾护航。除了锂离子电池之外，锂离子电池对于遵循这些多速度变化并适应每个应用的特殊性非常重要。该综述研究将解决一些相关的后锂离子问题和电池技术，包括钠离子电池、镁离子电池、钙离子电池、锌离子电池、铝离子电池和阴离子（F-和Cl-）穿梭电池。介绍了MH基电池，重点介绍了NiMH电池和新型MH锂离子电池。最后，为了促进进一步的研究和发展，一些未来的研究趋势和方向进行了讨论的基础上比较不同的电池系统相对于锂离子电池的假设。值得注意的是，水溶液系统最有可能被重新考虑，以实现电池的集约化、成本效益和更安全的生产;例如，用于（准）固定储能应用。
2020-05-11 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Deep learning-driven evaluation and prediction of ion-doped NASICON materials for enhanced solid-state battery performance
该研究利用基于大量实验数据训练的 CNN 预测离子掺杂 NASICON 材料性能，并通过三种材料的合成验证，建立连接理论预测与实验的材料设计框架。
2024-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Tailoring of Grain Boundary Structure and Chemistry of Cathode Particles for Enhanced Cycle Stability of Lithium Ion Battery
层状结构的富镍锂过渡金属氧化物阴极商业化的最大挑战是容量和电压衰减。多年来，这个问题的解决取得了渐进的进展。在这项工作中，我们报告了我们发现的一种全新的方法，可以彻底改变锂离子电池聚集阴极颗粒在室温和高温下的循环稳定性。我们发现，将固体电解质注入阴极二次颗粒的晶界中可以显著提高电池的容量保持率和电压稳定性。我们发现，固体电解质注入的边界不仅作为一个快速通道的锂离子传输，但也最重要的是防止液体电解质渗透到边界，从而消除了不利因素，包括固-液界面反应，晶间开裂，和层到尖晶石相变。本工作首次揭示了阴极在不与液体电解质接触的情况下如何表现的前所未有的洞察力，最终指出了通过晶界工程设计更好的固液和固态系统电池的一般新路线。
2017-10-17 cond-mat.mtrl-sci
Determining the Fundamental Failure Modes in Ni-rich Lithium Ion Battery Cathodes
本文通过原位微力学测试直接测量富镍单晶正极的局部力学性能，阐明位错滑移系统、临界应力及其致裂机制，并与多晶行为对比，为寿命预测和韧性正极设计提供基础。
2023-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Are Universal Potentials Ready for Alkali-Ion Battery Kinetics?
City University of Hong Kong（香港城市大学）；Hong Kong Institute of AI for Science（香港人工智能研究院）
本研究评估了通用机器学习势能模型在碱金属电池动力学中的表现，发现高温度非平衡训练数据是提升动力学准确性的关键因素。
2026-01-16 cond-mat.mtrl-sci
Electrochemical Removal of HF from Carbonate-based $LiPF_6$-containing Li-ion Battery Electrolytes
提出一种简单高效的电化学原位方法，通过在高表面积金属电极上施加合适电势，从含 $LiPF_6$ 的碳基 Li 离子电池电解液中选择性去除 ppm 级 HF 杂质。
2024-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Photochargeable Li-ion Battery: Type II Heterojunction Exposes Underlying Band Gap in 'Metallic' Lithiated MoS2
本文通过密度泛函理论计算与光谱技术，揭示了LixMoS2/MoO3异质结中电子密度分散使锂化MoS2潜在带隙暴露的机制，为锂离子电池光阴极材料的理性设计提供了依据。
2023-07-06 cond-mat.mtrl-sci
Real-Time Stress Measurements in Lithium-ion Battery Negative-electrodes
采用圆片曲率法实时测量了石墨基锂离子电池负极在电解液润湿和电化学循环过程中的应力变化。在添加电解质时，由于粘合剂溶胀，复合电极迅速产生约1-2 MPa的压缩应力;在继续暴露时，应力继续朝着明显的平台发展。在缓慢速率的电化学插层期间，压应力随着电极的荷电状态而增加，达到10 - 12 MPa的最大值。在应力上升速率和锂化石墨的分级行为之间似乎存在近似的相关性。以缓慢速率脱嵌导致电极应力的类似线性减小。在前几个循环中，在脱嵌结束时产生几MPa的拉伸应力，之后电极仅保持在压缩应力下。尽管在高C-速率下观察到更高的峰值应力，但依赖性似乎相对较弱（高达5C）。这些测量首次揭示了实际锂离子电池电极中应力演化的性质，并提供了有用的数据来量化在重复循环时复合电极中产生的机械损伤的驱动力。虽然报告的结果可以作为校准理论和计算模型以预测电极应力和损伤演变的参考，但所展示的方法可用于测量应力并表征任何复合锂离子电池电极中的疲劳损伤，以及优化其微观结构以减轻与应力相关的损伤机制。
2012-01-10 cond-mat.mtrl-sci
Voltage dependent first-principles barriers to Li transport within Li ion battery Solid Electrolyte Interphases
本文应用量子连续介质近似（QCA）技术为第一性原理界面计算提供电子恒压器，计算了锂离子穿过多种SEI及晶界的势垒，发现考虑界面和电压效应会显著降低反应势垒。
2024-06-04 cond-mat.mtrl-sci
Temperature Dependent Na-ion Conduction and its Pathways in the Crystal Structure of the Layered Battery Material Na$_2$Ni$_2$TeO$_6$
采用阻抗谱和中子衍射方法研究了层状电池材料Na_2Ni_2TeO_6的Na ~+导电性，以及Na ~+导电途径与晶体结构之间的关系.在323 K时，离子电导率为2 × 10 - 4S/m，随着温度的升高，离子电导率显著提高，在423 K时达到~ 0.03 S/m。电导率随温度的变化表现为Arrhenius型行为，T > 383 K时的平均激活能Ea为~ 0.58（3）eV。采用软键价和分析的中子衍射图案，我们实验证明了特定的网站钠离子传导，通过可视化的微观钠离子传导途径，并验证了最近的理论结果的分子动力学模拟。我们的研究结果揭示了二维钠离子传导途径，被限制在钠层的ab平面内。晶体结构的研究表明，涉及Na离子层的层状结构是负责高离子电导率，和Na离子位点的局部晶体学环境是负责特定位置的电导率。我们的研究进一步表明，在500 K之前，离子导电由位于Na 1和Na 2位的Na离子控制，而在500 K以上，位于三个Na位的所有Na离子都对导电过程有贡献。我们的中子衍射研究还证实了Na_2Ni_2TeO_6的晶体结构至少在725 K（最高测量温度）下是稳定的，但具有各向异性的热膨胀（c/a ~ 3）。
2020-07-14 cond-mat.mtrl-sci
Lithium Diffusion & Magnetism in Battery Cathode Material LixNi1/3Co1/3Mn1/3O2
利用μ子自旋旋转/弛豫研究了锂离子电池正极材料LixNi_（1/3）Co_（1/3）Mn_（1/3）O_2的低温磁性和高温锂离子扩散.我们的数据表明，样品进入二维自旋玻璃态低于TSG=12 K。我们进一步表明，锂扩散通道变得活跃的T>Tdiff=125 K，其中锂离子跳跃率[nu（T）]开始呈指数增加。此外，发现nu（T）非常适合于阿克里尼乌斯型方程，并且扩散过程的激活能被提取为Ea=100 meV。
2014-06-16 cond-mat.mtrl-sci
A Brief Review of Current Lithium Ion Battery Technology and Potential Solid State Battery Technologies
固态电池技术最近引起了丰田、宝马、戴森等公司的极大兴趣。固态电池（SSB）商业化背后的主要驱动力是能够使用锂金属作为阳极，而不是目前使用的碳阳极，这将导致约20%的能量密度改善。然而，迄今为止没有报道的固态电池满足现有技术的液体电解质锂离子电池（LIB）的所有性能指标，并且实际上若干固态电解质（SSE）技术可能永远无法达到与当前LIB同等的水平。我们首先回顾了最先进的LIB，包括其当前的性能特点，成本的商业趋势，和未来的可能性。然后，我们讨论了目前的SSB的研究重点是三类固态电解质：硫化物，聚合物和氧化物。我们讨论了SSB领域最近和正在进行的商业化尝试。最后，我们总结了我们对商业电池未来的看法和时间轴。
2018-03-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
"Knees" in lithium-ion battery aging trajectories
锂离子电池可以使用多年，但有时会出现快速的非线性退化，严重限制了电池的寿命。在这项工作中，我们回顾了以前的工作“膝盖”的锂离子电池老化轨迹。我们首先回顾膝盖的定义和三类“内部状态轨迹”（称为雪球，隐藏和阈值轨迹），可以导致膝盖。然后，我们讨论了六个膝盖的“途径”，包括锂电镀，电极饱和，电阻增长，电解质和添加剂耗尽，膨胀有限的连接，和机械变形-其中一些具有电化学检测不到的信号的内部状态轨迹。我们还确定了膝关节的关键设计和使用敏感性。最后，我们讨论了膝关节建模和预测的挑战和机遇。我们的研究结果说明了锂离子电池退化的复杂性和微妙性，可以帮助学术界和工业界提高电池寿命。
2022-01-08 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Graphene-Wrapped Sulfur Particles as a Rechargeable Lithium-Sulfur-Battery Cathode Material with High Capacity and Cycling Stability
我们报道了一种石墨烯-硫复合材料的合成，通过包裹聚乙二醇（PEG）包覆的亚微米硫颗粒与由炭黑纳米颗粒修饰的轻度氧化的氧化石墨烯片。PEG和石墨烯涂覆层对于在放电期间适应涂覆的硫颗粒的体积膨胀、捕获可溶性多硫化物中间体并使硫颗粒导电是重要的。所得石墨烯-硫复合物在超过100次循环中显示出高达~ 600 mAh/g的高且稳定的比容量，代表了具有高能量密度的可再充电锂电池的有前途的阴极材料。
2011-07-01 cond-mat.mtrl-sci
Improved interfacial resistance and crystal-structure stability in a low-cobalt P2-type sodium-ion battery cathode material
本文研究低钴P2型钠离子电池正极NMFCO，通过阻抗等效电路建模与恒电流斜率分析，证明其结构稳定、界面电阻低且能量密度高。
2024-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Non-equilibrium Ion Transport in a Hybrid Battery Material
本研究针对普鲁士蓝类似物K₂Mn[Fe(CN)₆]电极，揭示其电荷存储由非平衡转变过程主导，源于混合骨架的低弹性模量与协同畸变，为PBA正极优化及混合材料质量输运研究提供新方向。
2025-09-04 cond-mat.mtrl-sci
Preparation and electrochemical properties of nitrogen-doped starch hard carbon anode materials for lithium-ion battery
本文以玉米淀粉为原料制备氮掺杂硬碳材料，发现氮掺杂以三种形式嵌入碳层，降低了材料无序度，显著提升了锂离子电池负极的可逆容量和倍率性能。
2024-07-21 cond-mat.mtrl-sci
Graphene/Li-Ion battery
采用密度泛函理论计算了锂离子在石墨烯团簇中的存储状态。计算了每个团簇的吸附能、自旋极化、电荷分布、电子能隙、表面曲率和偶极动量。单Li原子掺杂的石墨烯具有自旋极化特性，不同自旋极化的电子会有不同的能隙。计算结果表明，两个较大团簇之间的较小团簇更有利于石墨烯锂离子电池的性能提高，从而提出了最合适的石墨烯负极结构。
2012-11-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Interaction of hydrogen-edged boron nitride flakes with lithium: boron nitride as a protecting layer for a lithium-ion battery and a spin-dependent photon emission device
目前的可再充电电池技术在高压和高温下的性能失败。在这篇文章中，我们带来了使用氮化硼薄片作为锂离子电池器件保护层的理论见解，并将其应用扩展到自旋相关的光子发射器件。因此，通过第一性原理密度泛函理论计算研究了原始和锂掺杂的氢边氮化硼薄片的电子性质。在这项研究中，我们讨论了稳定性，吸附能，键长，电子间隙，前线分子轨道，态密度，电荷分布，和偶极矩的原始和锂氢边缘掺杂氮化硼薄片。
2021-02-12 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Integrating Density Functional Theory with Deep Neural Networks for Accurate Voltage Prediction in Alkali-Metal-Ion Battery Materials
本研究提出基于PyTorch的深度神经网络模型，结合Materials Project数据集与密度泛函理论验证，实现碱金属离子电池正极材料电压的准确预测，加速新型电池材料的发现与优化。
2025-08-21 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Nanoscale Imaging of Lithium Ion Distribution During In Situ Operation of Battery Electrode and Electrolyte
开发新电池材料的一个主要挑战是了解它们的基本工作机制和降解机制。他们的微观不均匀的性质要求表征工具，提供操作和本地化的信息，从个别晶粒和颗粒。在这里，我们描述了一种方法，图像的纳米级分布的离子在电池电化学充电过程中的透射电子显微镜液流电池。我们使用价态能量损失光谱跟踪溶剂化和嵌入离子，与电子结构指纹的溶剂化离子使用从头算非线性响应理论确定。配备了新的电化学电池支架，纳米光谱和理论，我们已经能够在电化学充电和放电过程中以纳米级分辨率实时确定LiFePO4电极和周围水性电解质的锂化状态。我们跟踪电极和电解质之间的锂转移，并观察阴极中各个颗粒之间的充电动力学。该技术代表了在广泛的电能存储系统中的电化学活性离子的操作纳米级成像的一般方法。
2013-11-25 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Coronene: A High-Voltage Anion De-insertion Cathode for Potassium-Ion Battery
钾离子电池已经被设想为预示着低成本和高性能能量存储系统时代的到来。然而，可行组件的稀少阻碍了这些能源设备的发展。因此，在本文中，我们报道了晕苯，一种高电压阴极材料，其表现出由阴离子插入（去）点燃的高电压$4.1 \rm V$。这项工作不仅阐明了作为有前景的阴极材料的广泛类别的多环芳烃，而且为未来的有机阴极材料的性能设定了新的基准。
2021-10-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Ab initio Molecular Dynamics Simulations of the Initial Stages of Solid-electrolyte Interphase Formation on Lithium Ion Battery Graphitic Anodes
碳酸亚乙酯（EC）在溶剂-石墨阳极界面处的固体电解质界面（SEI）膜初始生长期间的分解对锂离子电池的操作至关重要。采用从头算分子动力学模拟研究了EC/石墨界面的电化学反应。我们表明，碳边缘终端是至关重要的，在这个阶段，可实现的实验条件下，可以导致令人惊讶的快速EC击穿机制，产生的分解产物在实验中看到，但以前没有预测。
2010-09-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Text-to-Battery Recipe: A language modeling-based protocol for automatic battery recipe extraction and retrieval
Korea Institute of Science and Technology（韩国科学技术研究院）；Korea University of Science and Technology（韩国科学技术大学）
本研究提出基于语言建模的T2BR协议，自动从文献中提取端到端电池配方，通过筛选2174篇论文和提取30个实体，生成165个LiFePO4电池配方，加速电池材料文献综述与设计创新。
2024-07-22 cond-mat.mtrl-sci cs.CL
Explaining key properties of lithiation in TiO$_2$-anatase Li-ion battery electrodes using phase-field modelling
锂离子电池性能的提高需要开发能够捕捉锂离子电池电极材料中基本物理和化学的模型。本文提出了一种新的电化学相场模型，该模型捕捉了锂嵌入TiO $_2$-12中的热力学和动力学性质，TiO $_2$-12是一种众所周知的和深入研究的锂离子电池电极材料。以前的实验工作锂化的钛酸锂$_2$提供了所有必要的参数相场模拟，使有机会获得基本的洞察力锂化的钛酸锂和验证这个相场模型。相场模型捕捉到了实验观察到的基本现象，合理化了C-速率，粒度，表面积和记忆效应对锂离子电池电极性能的影响。从而提供了一个全面的物理图片的锂化的TiO2 $_2$。模拟结果表明，锂离子在颗粒表面的Li $_1$ TiO $_2$相中的扩散不良限制了锂离子的性能。与其他电极材料不同，单个颗粒的动力学限制限制了全电极的性能。因此，改善Li-TiO $_2$电极的性能需要防止在颗粒表面形成阻挡Li-$_1$-TiO $_2$相，而不是改善电极中的离子和电子网络。此外，仅包含文献中参数的相场模型与广泛的实验的定性一致性证明了相场模型用于理解锂离子电极材料的能力，以及其通过透彻理解材料特性及其相互作用来指导电极设计的承诺。
2017-07-13 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Operando Methods and Probes for Battery Electrodes and Materials
随着锂离子和新兴替代电池对我们的电力未来的重要性，预测新的可持续材料，电解质和完整的电池，安全地提供高性能，长寿命，能量密度能力至关重要。了解材料的界面、微观结构、电解质的性质以及影响或限制长期性能的因素是新电池化学、电池形状因子和替代材料的关键。引起这些变化的电化学过程也很难探测，因为它们的亚稳态和寿命可以是纳秒到亚纳秒的时域。因此，开发和调整高分辨率，非破坏性的方法来捕捉这些过程证明是具有挑战性的，需要最先进的技术。最近的进展是非常有前途的，其中光学光谱，同步辐射技术，和能量特定的原子探针断层扫描和显微镜方法只是一些方法，这些方法正在揭示电池单元的真实内部行为。在这篇评论中，我们综述了近年来开发的许多最有前途的非破坏性方法，以评估电极和全电池中操作条件下的电池材料性质、界面、过程和反应。
2022-07-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
TiO$_2$ nanotubes with different spacing, Fe$_2$O$_3$ decoration and their evaluation for Li-ion battery application
在目前的工作中，我们报告了使用有组织的TiO $_2$纳米管层与一个规则的管间间距的高度定义的$α$ -Fe $_2$ O $_3$纳米针在间隙中的生长。然后将这些$α$ $_2$ O $_3$修饰的TiO $_2$ NT用于锂离子电池应用，并与经典的密堆积NT进行比较，所述经典的密堆积NT都用不同量的纳米级$α$ $_2$ O $_3$修饰。我们表明，管到管间距的纳米管允许均匀装饰的个别纳米管与规则排列的赤铁矿纳米针。管间距也有利于电解质渗透以及产生更好的离子扩散。而裸露的紧密堆积的NT显示出更高的电容，例如，71 $μ$ Ah cm-2，而不是裸露的间隔NT，54 $μ$ Ah cm-2，具有第二金属氧化物$α$ -Fe $_2$ O $_3$的分级装饰显著增强了锂离子电池性能。即，具有$α$ -Fe $_2$ O $_3$装饰的间隔纳米管具有477 $μ$ Ah cm-2的面积电容，即，显示出高达约8倍的电容。然而，具有$α$ -Fe $_2$ O $_3$装饰的密堆积NT的面积电容在208 $μ$ Ah cm-2处饱和，即，限制在3倍左右。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Effect of Succinonitrile on Ion Transport in PEO-based Lithium Ion Battery Electrolytes
采用分子动力学模拟研究了聚氧化乙烯（PEO）和二（三氟甲烷）磺酰胺锂（LiTFSI）盐组成的丁二腈（SN）固体聚合物电解质的离子输运机理。我们研究了温度和SN负载量对PEO-LiTFSI电解质中离子输运和弛豫现象的影响。据观察，SN增加PEO基固体聚合物电解质中的离子扩散率，并使它们适合于电池应用。有趣的是，TFSI离子的扩散系数在整个温度和负载范围内比锂离子的扩散系数高一个数量级。通过分析不同的弛豫时间尺度和研究SN负载系统中的基本输运机制，我们发现TFSI离子的扩散率与Li-TFSI离子对弛豫时间尺度具有良好的相关性。相比之下，我们的模拟预测不同的运输机制，锂离子在SN负载的PEO-LiTFSI电解质。解释，锂离子的扩散率不能唯一地由离子对弛豫时间尺度确定，但另外取决于聚合物链段动力学。另一方面，在给定的温度下的SN负载诱导的扩散系数不相关的离子对弛豫时间尺度或聚合物的节段弛豫时间尺度。
2022-05-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Cracking predictions of lithium-ion battery electrodes by X-ray computed tomography and modelling
锂离子电池电极的断裂被发现有助于容量衰减并减少电池的寿命。传统的电池断裂模型仅限于考虑单个理想化颗粒;在此，先进的X射线计算机断层成像（CT）成像、电化学力学模型和相场断裂框架相结合，以预测真实电池电极微结构的电极颗粒中的空隙驱动断裂。所示的电极表现出高度不均匀的电化学和断裂响应，这取决于颗粒尺寸和距离分隔器/集电器。该模型能够预测由于扩大的循环电压窗口，作为电极厚度的函数的开裂敏感性，和放电速率的损伤敏感性增加的开裂。该框架提供了一个平台，有助于更深入地了解电极断裂，并能够设计具有更高容量和改善降解特性的下一代电极。
2022-02-19 cond-mat.mtrl-sci cs.CE physics.chem-ph
Valence evaluation of LiMnO2 and related battery materials by x-ray absorption spectroscopy
采用X射线吸收光谱研究了锂离子电池正极材料LiMnO_2及其相关材料中过渡金属离子的氧化态。将得到的光谱与组态相互作用团簇模型计算结果进行比较表明，LiMnO2中的Mn 3+是高自旋态和低自旋态的混合物.我们发现，Li的缺陷发生在Cr替代的情况下，而有没有Li的缺陷的情况下，Ni替代。我们的结论是，取代的电荷转移型镍或铜是有效的LiMnO2电池材料。
2010-04-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Predicting doping strategies for ternary nickel-cobalt-manganese cathode materials to enhance battery performance using graph neural networks
针对NCM正极掺杂策略繁多、难以优选的问题，本文整合既有研究构建NCM锂离子电池综合数据库，并用图神经网络建立数据驱动模型预测最佳掺杂方案。
2024-09-02 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Flexible, solid electrolyte-based lithium battery composed of LiFePO4 cathode and Li4Ti5O10 anode for applications in smart textiles
在这里，我们报告制造的灵活和可拉伸的电池组成的应变自由LiFePO 4阴极，Li 4 Ti 5 O 10阳极和固体聚环氧乙烷（PEO）电解质作为隔膜层。该电池是从智能纺织品应用的角度开发的。该电池以固体热塑性电解质为关键使能元件，可挤压或拉伸成纤维或细条，直接与智能纺织品制造中使用的编织工艺兼容。本文首先详细介绍了材料的选择，电极和隔膜层的制造和表征。然后组装电池并对其进行表征，最后，将由几个长条制成的大型电池样品编织成织物，用导电线连接，并进行表征。在本文中，我们详细研究了电池设计的两个实际方面：第一是以导电碳和聚合物粘合剂材料的优化比例制备阴极/阳极材料的复合材料，第二是电池性能，包括循环，可逆性和阴极/阳极材料的相容性。最后，当铸造电极和隔膜层时，我们主要关注使用水溶液代替有机溶剂，以使制造过程环境友好。
2011-11-28 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Review of the Electrochemical Double Layer Theory and Its Applications in Battery Electrode Materials
本综述梳理了电化学双电层（EDL）理论的起源与原理，按半导体和导体分类探讨了其在电池电极材料中的应用及模型实验对比，为学者理解界面理论及其实验结合提供了宝贵资源。
2025-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Topological and Network Analysis of Lithium Ion Battery Components: The Importance of Pore Space Connectivity for Cell Operation
锂离子电池组件（例如电极和隔板）的结构通常以其孔隙率和弯曲度来表征。这些值的比率给出了锂离子在电解质填充的孔隙空间中的有效传输，其可用于确定离子电阻率和相应的电压损失。在这里，我们表明，这些微观结构特征是不够的。商业隔板的层析数据的分析揭示，不同的聚烯烃隔板具有相似的孔隙率和贯通平面弯曲度，这在锂离子电池操作的均质化图中将意味着这些不同的隔板表现出相似的性能。然而，数值扩散模拟表明，情况并非如此。我们证明，锂离子浓度梯度诱导或平滑的分离器结构的程度是链接到孔隙空间的连通性，一个参数，可以通过拓扑或基于网络的分析分离器确定。这些发现使我们能够提出如何设计更安全并适应快速充电和放电的隔板微结构。
2018-05-23 cond-mat.mtrl-sci eess.IV physics.app-ph
Oxygen redox in battery cathodes: A brief overview
本文综述电池正极氧氧化还原研究，指出直接探测阴离子氧化还原机制不可行，密度泛函理论计算是主要研究手段，介绍相关材料体系与计算考量，提出基于计算认知的材料设计可提升电池可用容量。
2024-08-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.chem-ph
Utility of the inverse partial fluorescence for electronic structure studies of battery materials
X射线吸收光谱（XAS）是研究材料电子和空间结构的最广泛使用的实验技术之一。荧光产额模式是体敏感的，但有几个严重的问题，来自饱和效应。在这项研究中，我们展示了部分荧光产率在解决这些问题的有用性。讨论了La_2NiMnO_6和LiMnO_2在Mn ~（2+）2 p吸收边的不同行为。总的荧光产率产生误导的光谱LiMnO 2由于高Z（Z：原子序数）元素的情况下。我们的结论是，测量的逆部分荧光产率是必不可少的研究LiMnO 2，这是一个激烈争论的锂离子电池材料。
2012-01-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Atomistic Insights into the Effects of Phosphorous Doping of Graphene Anode in a Lithium Ion Battery
受最近的实验和理论研究的启发[Yang等人，2017]，其中石墨烯中的突起已被提出作为增强钠离子电池性能的有效策略，通过使用密度泛函理论进行石墨烯中磷掺杂对Li的吸附和扩散行为的影响的全面研究。我们发现，在石墨烯中引入P-掺杂剂的突起增强了单个Li原子到阳极上的吸附，这是由于Li和衬底的碳原子之间的额外的部分共价键合特性。然而，随着Li原子浓度的增加，它们倾向于形成团簇，这可能导致枝晶生长并因此导致电池失效。费米能级的有限态密度保证了P掺杂石墨烯在吸附Li原子前后的电子导电性。除了费米能级随Li浓度的增加有一个小的上移外，没有观察到DOS的显著变化。这种突起的存在充当Li的捕获中心，并阻碍它们在衬底上的迁移，导致阳极的循环性能差。这一原子水平的研究将为进一步开发新型电池技术的阳极材料提供有用的指导。
2020-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
{110} Plane Orientation Driven Superior Li-ion Battery Performance and Room Temperature Ferromagnetism in Co3O4 Nanostructures
本文介绍了多孔Co 3 O 4纳米片和纳米线的制备方法及其多功能特性。令人惊讶的是，与其他阴极材料相比，在与室温铁磁性（RTFM）相同的样品中表现出显著优异的锂离子电池性能。显微结构观察、性能测试和分析表明，在适当的制备条件下，Co 3 O 4纳米结构的形貌发生了自发的转变，主要表现为{110}晶面取向，Co 3+物种优先出现在表面。暴露在表面上的八面体（O）位置中的更多Co 3+与更多Co 3+是Co 3+相关|\cdot（具有捕获的载流子的Co 3+）或由于表面缺陷或氧空位而在O位置被还原为Co2+，这可能是优异的电传输性能然后高的Li电池性能的机理;同时，被还原为Co2+或被Co 3+捕获的自由载流子|\cdot在O位的作用是电荷载流子介导的铁磁性，也可能是RTFM的起源。这些结果进一步表明，在过渡金属氧化物作为多学科功能材料的制备中，改性表面的纳米结构的重要性。
2012-07-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electrochemical Impedance of a Battery Electrode with Anisotropic Active Particles
电池电极的电化学阻抗谱通常使用假设各向同性活性颗粒的模型来解释，具有均匀的电流密度和对称的扩散率。虽然这对于具有随机取向晶粒的非晶或多晶材料是合理的，但现代电极材料越来越多地由具有不同阻抗特性的高度各向异性的单晶纳米颗粒组成。本文推导了具有张量扩散系数和取向依赖的表面反应速率和电容的各向异性颗粒的阻抗的解析表达式。由此产生的阻抗谱包含各向异性材料特性和纵横比的清晰特征，以及这些参数中任何一个的统计变化。
2013-09-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Graded lithium-ion battery pouch cells to homogenise current distributions and mitigate lithium plating
本文提出通过平面内分级电极微观结构来平滑大型锂离子电池软包电池的空间分布，建立并验证了数学模型，推导出最优分级电极解析解，将发生锂沉积的倍率从2.4C提升至4.3C，显著改善了高倍率性能。
2024-12-18 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Entering voltage hysteresis in phase separating materials: revealing the thermodynamic origin of a newly discovered phenomenon and its impact on the electric response of a battery
滞后现象是一种普遍现象，经常观察到的各种材料的性能，如磁性，弹性，毛细管压力，吸附，电池电压等测量通常，滞后行为是一个固有的属性，不能避免或规避在系统的动态操作。然而，在这里，我们表明，至少关于相分离电池材料的滞后行为，人们可以在特定的，但现实的，瞬态操作条件下进入（深入）滞后回路。在滞后环内，颗粒群的（显著）部分处于颗粒内相分离状态。有趣的是，在滞后环之外发现的更常规的颗粒间相分离状态的转变非常缓慢。此外，我们建立了粒子内相分离的电极状态和改变的电极的电响应之间的直接相互关系，这显着影响电池的DC和AC特性。根据热力学推理、先进的建模和有见地的实验，解释了进入滞后回路的实验证据和由此产生的电池响应改变。我们相信，对这一现象的理解将有助于优化电池的诊断和监测，同时也为增强电池设计和性能提供了相关的动力。
2021-12-31 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft physics.chem-ph
