锂离子电池曾经广大利用到社会生活的各个方面，让人们的生活带来便捷。但锂离子电池中还存留少许根基科学难题非是很明白，此中，进一步揭示储锂资料储锂机理对改进锂离子电池功能和探寻新资料有着至关要紧的效用。华夏科学院物理探讨所/北京凝聚态物理国度实验室(筹)清洁燃料实验室E01组胡勇胜探讨员等经过氮掺杂的碳资料包覆长生命储能型锂离子电池用尖晶石构造的钛酸锂(Li4Ti5O12),建立有用的三维混合导电网站，大大改进了该资料的倍率功能(Adv.Mater.,23:1385-1388,2011；Phys.Chem.Chem.Phys.,13:15127-15133,2011；ChemSusChem,5:526-529,2012.)。同一时间，李泓探讨员、胡勇胜探讨员与A01组谷林探讨员合作，应用球差校正环形明场成像技艺(STEM-ABF)并联合第一性原理计算，在原子尺度上探讨了锂离子在储锂资料中的存储举止(EnergyEnviron.Sci.,2011,4:2638-2644；J.AmChem.Soc.,2011,133:4661-4663;Phys.Chem.Chem.Phys.,2012,14:5363-5367.)。

　　最近，卢侠博士探讨生、胡勇胜探讨员与A01组谷林探讨员利用该技艺对充放电进程中钛酸锂的构造演变发展深入探讨，取得了下列新进展：(i)沿[110]方向清楚观看到了锂离子在钛酸锂中的库存位子；(ii)初次在原子尺度观看到该资料的两相界面构造，从而证实了钛酸锂中的两相反映机理，这关于了解锂离子电池中两相反映机理有要紧参考价格；(iii)应用原子分辨的电子能量失谱(EELS)探讨了锂化资料中的电荷分布难题，发觉电荷的非匀称分布，和第一性原理计算结果绝对；(iv)观看到全部钛酸锂资料外表显现1-2纳米厚度的不同于体相的构造，这可能是导致该资料在实质利用时胀气的原因。相干效果发表在新一期的《领先进步资料》上(Adv.Mater.,2012,24:3233-3238.)。

　　上述事业获得了科技部储能资料探讨创新团队、科学院常识创新工程燃料名目群方向性名目、科学院百人计划、基金委燃料名目群要点名目的扶持。

　　图1.(a)尖晶石Li4Ti5O12的晶格构造示意图，垂直方向为[110]，1,2,3和4区别对应16d,32e,8a和16c晶格位子.(b)和(c)为Li4Ti5O12的球差校正暗场和亮场照片.(d)衬度反转的线衬度示意图，沿AB方向，其上方为放大的局部照片和原子构造示意图。

　　图2.化学锂化的Li4+xTi5O12(x≈0.15)两相界面构造示意图。(a)电镜亮场照片，黄线为两相界面，带轴为[110]。(b)和(c)区别对应a图中两个地域的线衬度示意图。(d)彩色的两相(Li4Ti5O12相(region1)andLi7Ti5O12相(region2))界面示意图。(e)第一性原理计算模拟的两相界面示意图，在Li4相中8aLi位子维持不变，可是在Li7相中16c位子的Li在界面周边产生了显著的偏移，和电镜结果绝对。

　　图3.Ti-L2,3原子分辨的电子能量损耗谱.(a)第一性原理计算显现的不同化学状况Ti的分布示意图。(b)彩色暗场锂化的Li4Ti5O12电镜照片。(c)Ti-L2,3原子分辨的电子能量损耗谱，显现锂化后的样品中的电荷非匀称分布。

　　图4.放大的Li4Ti5O12暗场和亮场电镜照片。可行显著瞧出外表显现1-2纳米厚度的不同于体相的构造，这可能是导致该资料在实质利用时胀气的原因。