论文部分内容阅读
本论文从锂电池电极材料出发综合运用球差校正透射电子显微学(TEM)及电子能量损失谱(EELS)技术研究了典型锂电池电极材料(Li4Ti5O12、Li2MnO3·LiMn0.5Ni0.5O2)掺杂后的原子尺度结构与电化学性能关系及电化学过程中原子尺度结构和电子结构变化与性能的关联（LiMn2O4、LiNi0.5Mn1.5O4），揭示了固态Li-S电池中S的锂化机制及电子结构变化;从强关联体系材料LaTiO3/SrTiO3/YTiO3(LTO/STO/YTO)、LaAlO3/SrTiO3(LAO/STO)薄膜等出发阐明了其原子尺度界面结构与电子结构及自旋信息，主要研究内容如下: 1.通过大离子半径Br和非过渡族金属原子Sn，Si分别掺杂了Li4Ti5O12和Li2MnO3·LiMn0.5Ni0.5O2品格，结合球差校正透射电子显微学、第一性原理(DFT)计算结果以及电化学数据表明，合适的大尺寸离子的掺入会引起晶格膨胀，拓宽锂离子传输通道，提高电化学性能。 2.结合原位球差校正透射电子显微学研究了LiMn2O4和LiNi0.5Mni.5O4电化学充放电过程中的原子尺度结构与电子结构变化，在微观尺度揭示了LiMn2O4在电化学循环中Mn溶解及容量衰减机理，阐明了LiNi0.5Mn1.5O4首周库仑效率低的根本原因及失效机制。 3.设计了可以在透射电子显微镜中观察的固态Li-S电池，并结合原位TEM及电子能量损失谱(EELS)研究了S的锂化过程，在其锂化过程中首次观察到纳米Li2S/S相分离现象，这不仅减小了Li+和电子传输距离，而且提供了一个Li2S/S界面导电网络，从而有利于电化学过程的进行。另外，固态Li-S电池中S锂化过程为直接由S转变为Li2S，并未探测到多硫化物的生成，这都表明其锂化机制与液态Li-S电池截然不同。 4.结合球差校正扫描透射电子显微学及原子分辨率EELS研究了LTO/STO/YTO、LAO/STO界面以及Y2NiMnO6的结构与电子结构，揭示了LTO/STO、LAO/STO界面形成二维电子气的机理，STO/YTO界面的二维局域磁偶极矩以及Ni2+/Mn4+电荷有序结构，此研究结果可以为开发新型磁性界面，设计可调的二维近藤晶格、自旋霍尔效应应用以及原子尺度调控复合氧化物界面和设计氧化物电子器件提供指导。