中国散裂中子源第一篇用户实验成果文章发表

在北京大学深圳研究生院潘凤课题组、美国国家标准技术研究所BT1中子衍射仪黄庆珍和中国散裂中子源通用粉末衍射谱仪何仁华课题组的共同努力下，中国散裂中子源(CSNS)第一篇用户实验科研成果论文于4月17日在《纳米能量》杂志上发表。锂离子电池正极材料的结构特征和形成机理的研究取得了新的进展。

锂离子电池作为新一代电池，具有重量轻、比能量高、使用寿命长的特点，应用广泛。在锂离子电池的所有正极材料中，含有过渡金属镍、锰和钴的三元层状氧化物材料是非常有前途的正极材料。然而，这类材料通常具有锂镍反转结构缺陷，影响材料的充放电性能。很难通过实验方法如X射线衍射来准确地确定这种结构缺陷。

利用中子对锂原子和镍锰钴过渡金属原子的敏感性，中国散裂中子源与北京大学深圳研究生院新材料研究所组成联合研究小组，在CSNS通用粉末衍射光谱仪和NIST国家标准技术研究所BT1中子衍射仪上对一系列三元材料的晶体结构进行了精确表征。建立了过渡金属组成的三元材料体系中反型缺陷的变化规律，提出了材料中锂和镍的反型与三角晶格的阻挫结构特征相关的观点，并从这一新的角度对锂和镍反型缺陷结构的形成进行了自洽的解释。这些重要结果有助于进一步阐明该类电池材料的缺陷结构与性能之间的关系，并对三元锂离子电池正极材料的发展具有直接的指导意义。研究结果发表在国际期刊《纳米能源》(纳米能源，2018年，出版社)上。中国散裂中子源副研究员何仁华、北京大学深圳研究生院新材料学院副教授肖银国和潘凤教授是本文的合著者。这项工作得到了国家材料基因重大项目、国家自然科学基金和广东创新团队的支持。

中国散裂中子源位于广东省东莞市，是“十一五”期间国家重大科技基础设施，也是中国第一个脉冲散裂中子源。CSNS于2017年8月首次成功瞄准并获得中子束。2018年11月，CSNS达到目标光束功率验收指标，并于2018年3月25日通过工艺评定和验收。这项工作中的部分中子衍射实验是由CSNS通用粉末衍射谱仪完成的，这是CSNS成立以来的第一篇科研论文。CSNS通过工艺鉴定和验收后，很快获得了高水平的物理成果，充分表明CSNS已成为中国最先进的中子散射研究和应用平台，具有非常重要的意义。

论文链接

(a)三元层状阴极材料的晶体结构，(b-d)不同组分阴极材料的高分辨率中子衍射谱，以及(e)三元材料中不同组分与锂镍转化的关系。

三元层状阳极材料中由锂镍反转缺陷和过渡金属原子组成的三角晶格结构单元。

由于锂镍反转的发生，材料的局部结构发生变化，并且通过不同的方式缓解了材料的磁阻效应。