我去布鲁克海文的时候是1986年的时候，大家如果有兴趣的话可以到它的网站上去看一下，到那边去做实验，只要结果可以发表的话是不收钱的。

　　下面这个片子是进钠电池为什么会有这么重要的意义，主要是讲储能的，在世界范围内，目前储能的电池其是钠流电池，在我们中国，实际上是锂离子电池占的比例是最高的。但是锂离子电池遇到的问题，现在只是在示范的角度上来用，真正的实用上，这个价钱最少还要降50%才能比生产更合适。

　　对储能材料中其中非常重要的就是价格的问题，对于这一点来说钠电池有很难替代的优越性，在地球表面上有将近30%的钠元素，但是锂元素是非常少的。不但有价格的问题，还有资源匮乏的问题。

　　讲到钠电池有一个很锂电池类似的结构问题。实际上我们这里面见到的比较多的是层状结构的，磷酸铁锂刚才潘教授也已经讲了，有八面体和四面体不同的情况。

　　这个Ptype是上面三个氧和下面的氧分开的，这就是OType，如果是三层一循环就是O3、如果是四层一循环就是O2。对P结构的话，Prismatic是一个菱形的，如果是3次一循环就是P3，如果是4次就是P4。

　　这个跟刚才那个是类似的，我就不再去讲了，我们做的这个工作，我们采用的比较多的是同步辐射，做它的X光衍射。同时，我们用这个质谱议采它的放氧和二氧化碳。二氧化碳有一个好处，有时候测氧比氧还要更灵敏，所以是把这两个结合起来，我们是同时做的，所以可以把结构的变化和放氧过程结合起来。我们现在谈到关于负锂层状的时候，在高电位下都有放氧，这个和加热过程中的放氧有很多类似的地方，那时候我们的放氧量是非常少的，所以我们捕捉信息的难度系数都比较大。

　　这个是原来早期做的锂钴氧的，大家可以看到，大概是在200到250度段这一段的时间会有一个明显的变化，同时这块有一个放氧风，大概从200到300度左右的区间。这个变化的过程就是说，在加到这个温度的时候，它的结构从原来的层状开始变成一个尖晶石结构，同时会放出氧。

　　钠是什么情况？放氧风基本上看不到了，并不等于说你不放氧，只是不集中放，而是在一个很宽的温度范围内，这时候热血的稳定性就好多了，对这种P2结构的钠钴氧这个体系就比它对应的锂钴氧体系好很多。它的这个同样的结构和锂离子相比，它更稳定一些。

　　更详细的看它的钠0.45的时候，把有用的这部分容量拔出来以后，我们看它在加热过程中的变化，这个跟刚才是类似的，这个是结构的变化，C轴方向的002风和106风的变化，同时是有一个奇变的，所以你可以看到它是一个很长的一个斜坡一样的一个变化。不是刚才讲的那个，从层状到尖晶石的一个突变。所以，放氧的风也不存在。从结构上来讲比锂钴氧要稳定得多。

　　我们看一下这张图，这个钴元素还原的过程中放出了氧来，原来是在钴3和钴4之间，在加热的过程中逐渐变成钴2的时候就要逐渐的放出氧来。

　　最开始所谓的钴都在八面体位，但是在加热的过程中有一部分钴挪到了4面体位。在这个变化过程中你就会看到它这个值有一个先增长后下降的过程。我们非常重视这个位置，这个位置经常会给我们看很多有价值的四面体间隙的占位情况。这个是一个非常有意思的现象，因为这个钴比较容易占在四面体位上的。

　　大家知道在尖晶石结构中有一种四氧化三钴型的尖晶石结构，这种尖晶石结构会使得这个温度区有一个一定的稳定性。为什么我们在三元材料中，钴经常是不可或缺的，一个是它会在循环性能方面提供很多有价值的作用，还有是在热学稳定上，它具有非常重要的意义。

　　这个结论主要是刚才讲到的几点，我都已经讲过了，我就不再重复了。

　　下面简单介绍一下物理所新的钠离子正极材料。这个工作做得非常漂亮。大家可以看到，这个通道是想象的模型，这是在电镜中看到的实际情况，另外还可以看到每一个位的占位情况，640是锰的，450是钛的。这个可以看出它元素分布的图。

　　这个是经过钛参杂的以后的充放电曲线。这个在充放电过程中，我们也可以看到，它原位的衍射谱也不是一个阶梯结构的。通过元素的参杂是可以改变它的性能，结构在充放电过程中的变化的。

　　这个是吸收谱，在这里我们要看一下锰的变化规律，这里最主要的是说，在这种特殊的钠的材料当中，实际上它经过一次循环之后，锰没有停留在原来的正三价的初始位，而是比原来的正三价还要偏低。

　　我后来又稍微加了一点我们最近做的工作，是关于高电位的锰酸锂，我们又做了进一步的铁参杂。我们当时还是考虑到了四面体占位的问题。这个四面体占位的话，实际上有一个很有意思的情况，就是你在合成这个材料的时候，我们是不希望它有四面体占位的，如果在合成的材料中有四面体占位的话，你的性能就会变得很差。如果我们考虑到有效的做了一定的参杂之后，如果在加热的过程中，你保留在8面体位不要动，可是一旦加热的时候你跑到了四面体位，这样就可以使结构稳定，就可以使它不至于很快放氧。

　　大家会问，铁跑到四面体位会不会回来？有的时候是会回来的，有的时候是回不来的，但是即使是回不来，也比出现热失控要好。

　　在一开始的时候，应该是锂在四面体位，锰和镍都应该是在八面体位的。

　　这个是我们做的一个投射式的X光显微镜，这是在斯坦福的做的，可以通过一个三维的图像，通过一个段层就可以看到它的分布图，我们可以看到它的结构里面的镍、锰、铁也是按照我们预想的比例在这个结构当中出现。

　　这个是加热以后，如果我们不做任何铁参杂的时候，这个时候有一个300度的放氧风，如果我们做了0.33的铁参杂以后，这个放氧风就消失了。在这儿有一个很明显的结果变化和这个放氧风是对着的，如果加了0.2以后，这个结构变化推过了，放氧风的位置也推高了。

　　我在这张图上没有显示，实际上电化学性能和之前的性能基本上是保持不变的。大家可以看到，它的容量，各方面都和原来是一致的。但是，它在高速率的时候反而会更好一些。

　　从铁的吸收边可以看出来，铁本身参与了氧化还原反应，你参杂进去以后结构稳定了，但是容量会降低，由于铁做了贡献，既然它是有贡献，就说明它是可以弥补这个情况的。

　　我做了铁参杂以后，在加热过程中，这个铁会跑到四面体位，使得结构得以稳定。

　　大家看一下这张图，它的变化起点更早的发生了。高速率和速率是不一样的。

　　镍对动力学是一个非常有力的元素，高镍元素在大倍率充放电的情况下是有利的。

　　我们以前做了一个关于NCA的，在加热过程中的一个结构变化和放氧的情况。我把14年发表过的一个文章拿出来了，大家可以看到433到532到622到811，大家看一下这个放氧风是很有意思的，从433到532的话，这个黑的和蓝的变化不是很明显，到了622的时候变化就大了，最厉害的是811。

　　我们可以看到622从各方面来讲都是有优势的，再加一点点的话，这热学性能就会变得非常之差，现在不是说811不可以用，但是你一定要通过各方面考虑到这个因素。

　　最后感谢美国国家能源部对我们研究工作的支持。谢谢大家！

 

 

　　提问：杨教授请教一个问题，刚才您说那个镍含量越高的话，对倍率就越好，可以再扩展一下吗？

 

　　杨晓青：现在只是看到了这种现象，看一下这三种元素在高倍率情况下哪一个可以很快的跟上反应，哪一个需要比较长的时间才可以完成结构的调整，至于为什么这样的话，可能就需要潘教授的课题组做一下计算，为什么这个结构的提高会比其他两种元素要快。

　　我们也做过负锂的层装材料，在这里我们也看到了，实际上镍的变化是非常快的，但是锰的变化非常慢。一旦锰的含量高了之后，结构的调整会很慢，至于为什么？我们还需要再做进一步的研究工作。