锂离子电池已经广泛应用到社会生活的各个方面，给人们的生活带来便利。但锂离子电池中还存在一些基础科学问题不是很清楚，其中，进一步揭示储锂材料储锂机理对改善锂离子电池性能和探索新材料有着至关重要的作用。中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家实验室(筹)清洁能源实验室E01组胡勇胜研究员等通过氮掺杂的碳材料包覆长寿命储能型锂离子电池用尖晶石结构的钛酸锂(Li4Ti5O12), 构建有效的三维混合导电网络，大大改善了该材料的倍率性能(Adv. Mater., 23: 1385-1388, 2011；Phys. Chem. Chem. Phys., 13: 15127-15133, 2011；ChemSusChem, 5: 526-529, 2012.)。同时，李泓研究员、胡勇胜研究员与A01组谷林研究员合作，利用球差校正环形明场成像技术(STEM-ABF)并结合第一性原理计算，在原子尺度上研究了锂离子在储锂材料中的存储行为( Energy Environ. Sci., 2011, 4: 2638-2644；J. Am Chem. Soc., 2011, 133: 4661-4663; Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14: 5363-5367.)。
最近，卢侠博士研究生、胡勇胜研究员与A01组谷林研究员应用该技术对充放电过程中钛酸锂的结构演变进行深入研究，取得了下列新进展：(i) 沿[110]方向清晰观察到了锂离子在钛酸锂中的储存位置；(ii) 首次在原子尺度观察到该材料的两相界面结构，从而证实了钛酸锂中的两相反应机理，这对于理解锂离子电池中两相反应机理有重要参考价值；(iii) 利用原子分辨的电子能量失谱(EELS)研究了锂化材料中的电荷分布问题，发现电荷的非均匀分布，和第一性原理计算结果一致；(iv) 观察到所有钛酸锂材料表面显示1-2纳米厚度的不同于体相的结构，这可能是导致该材料在实际应用时胀气的原因。相关成果发表在新一期的《先进材料》上(Adv. Mater., 2012, 24: 3233-3238.)。
上述工作得到了科技部储能材料研究创新团队、科学院知识创新工程能源项目群方向性项目、科学院百人计划、基金委能源项目群重点项目的支持。
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