石墨是商用鋰離子電池的關(guān)鍵負(fù)極材料，也是最常見的二維材料。鋰離子嵌入石墨會(huì)形成一系列階結(jié)構(gòu)，階的微觀結(jié)構(gòu)決定著石墨嵌入化合物的物理化學(xué)性質(zhì)。然而它的微觀圖像及其形成和轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)并不清晰，這限制了準(zhǔn)確預(yù)測石墨嵌入化合物相關(guān)性質(zhì)與性能，也阻礙了石墨在不同工況下的實(shí)際應(yīng)用，比如快速充電。目前，研究人員主要提出了兩種模型（Rüdorff-Hofmann和Daumas-Hérold模型）來描述石墨嵌鋰形成的階結(jié)構(gòu)及其演變（圖1a-b）。這兩種模型顯示出相同的長程有序結(jié)構(gòu)，而具有不同的短程結(jié)構(gòu)。揭示階結(jié)構(gòu)的微觀真實(shí)面紗需要借助對納米或者原子結(jié)構(gòu)敏感的表征技術(shù)，如透射電子顯微鏡（TEM）。由于石墨材料對輻照敏感，常規(guī)TEM難以得到石墨及其嵌入化合物的真實(shí)納米或者原子結(jié)構(gòu)。 ?[W(r$IaE  
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近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心特聘研究員王雪鋒、研究員王兆翔和副研究員肖睿娟等利用冷凍透射電子顯微鏡（cryo-TEM）和其他表征技術(shù)以及理論計(jì)算與模擬在納米尺度上揭示了鋰離子嵌入石墨后形成階結(jié)構(gòu)的特征及其演變機(jī)制。 ^/W7Xd(s  
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結(jié)果發(fā)現(xiàn)，鋰離子不均勻地嵌入石墨層間，產(chǎn)生局域應(yīng)力，導(dǎo)致石墨結(jié)構(gòu)發(fā)生扭曲變形，形成位錯(cuò)。不同階結(jié)構(gòu)之間的轉(zhuǎn)變是通過鋰離子擴(kuò)散以及位錯(cuò)的移動(dòng)、相互作用和轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的。每種階結(jié)構(gòu)鋰化石墨在宏觀上是均勻的（具有特征的平均晶面間距和衍射花樣的長程有序排列），但在微觀上是不均勻的（由不同的階結(jié)構(gòu)和位錯(cuò)組成）。基于此，該團(tuán)隊(duì)提出局域疇結(jié)構(gòu)模型（Localized-domains model，圖1c）來描述石墨嵌鋰過程中的結(jié)構(gòu)演變。該研究結(jié)果聯(lián)結(jié)了鋰化石墨中的長程有序結(jié)構(gòu)和局域結(jié)構(gòu)，更新了人們對階結(jié)構(gòu)及其演變的認(rèn)識(shí)，提出通過缺陷工程改善石墨嵌鋰動(dòng)力學(xué)并有望應(yīng)用于快充電池。 ?CS jn  
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相關(guān)成果以Localized-Domains Staging Structure and Evolution in Lithiated Graphite為題發(fā)表在Carbon Energy上。上述研究工作得到國家自然科學(xué)基金委和北京市自然科學(xué)基金的資助。 n;"4`6L~  
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論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.224