面向电池材料的固体核磁共振方法学的开发与应用

The research of battery materials needs the support of the advanced NMR methods. Our work focuses on solid-state NMR. On one hand, we will dedicate to develop specific solid-state NMR methods for battery materials, especially for metal-organic frameworks (MOFs) and other materials which contain the 14N and 2H nuclei. On the other hand, we will apply those new NMR methods to the characterization of the battery materials, especially MOFs. We will combine NMR with EPR (electron paramagnetic resonance)、quantum chemistry calculations and other characterization methods, to investigate the charging/discharging mechanisms of those materials. Our work will have important implications for the design of the high-performance battery materials in the future.

电池材料的研究需要先进核磁共振方法学的支撑。我们的工作以固体核磁共振(NMR)为中心。一方面我们注重在应用的研究中发展新的方法，主要是面向含14N和2H的金属有机框架体系和其他电池材料体系的固体核磁共振新方法的开发；另一方面将发展的固体NMR技术应用到锂离子电池材料中，尤其是金属有机框架中；结合顺磁共振(EPR)技术、量化计算和其他表征技术，进一步探索该材料作为锂离子电池电极材料的充放电机理。本课题的研究，将对未来高性能锂离子电池材料的开发产生积极影响。

我们的工作一方面开发磁共振方法，另一方面将这些方法应用到锂电池材料的研究中。. 我们获得的重要结果如下：. 一方面，开发了顺磁性物质的NMR信号归属的新方法，使得相关NMR信号可以更好地得到归属；开发了原位EPR和原位EPR成像的新方法，并研究了锂在铜箔上的沉积，发现沉积不均匀，且FEC可以增加沉积的均匀性。. 另一方面，使用NMR、并联用EPR，研究了多个重要的锂电池或钠电池体系：（1）使用17O NMR和原位NMR研究了钴酸锂的相变，发现其相变不可逆的原因；研究了固态电池体系中钴酸锂和LGPS产生空间电荷层的原因，提出空间电荷层和副反应层控制的方法；（2）研究了一系列的富锂体系，发现金属Mn的价态变化和迁移行为，发现O2相结构也会产生分子氧；（3）研究了一系列的钠锰体系，发展了EPR检测类过氧阴离子(O2)n-和分子氧的方法，并使用EPR发现了类过氧阴离子(O2)n-和分子氧的存在；（4）研究了一系列磷酸盐基钠系，归属了23Na NMR谱，并研究了B掺杂和Cr掺杂效应，发现低温时V不易于从晶格中析出，从而增加了系统稳定性；（5）研究了锂空电池，发现Co3O4可以抑制LiO2的生成。. 我们对电池体系的研究，将增加对电池构效关系的理解，并促进相关电池体系的发展。.