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Interface engineering strategy via electron-defect trimethyl borate additive toward 4.7 V ultrahigh-nickel liNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)battery

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Journal of Energy Chemistry 2024年第5期92卷 639-647页

作者： Yilin Zhang Yuqing Chen Qiu He Jinlong Ke Wei Wang Jian-Fang Wu Peng Gao Yanhua li jilei liu College of Materials Science and Engineering Hunan Joint International Laboratory of Advanced Materials and Technology for Clean EnergyHunan Province Key Laboratory for Advanced Carbon Materials and Applied TechnologyHunan UniversityChangsha 410082HunanChina College of Materials Science and Engineering Sichuan UniversityChengdu 610065SichuanChina School of Materials Science and Engineering Hunan Institute of TechnologyHengyang 421002HunanChina

The li metal battery with ultrahigh-nickel cathode(liNi_(x)M_(1-x)O_(2),M=Mn,Co,and x≥0.9)under high-voltage is regarded as one of the most promising approaches to fulfill the ambitious target of 400 Wh/***,the practical application is impeded by the instability of electrode/electrolyte interface and Ni-rich cathode *** we proposed an electron-defect electrolyte additive trimethyl borate(TMB)which is paired with the commercial carbonate electrolyte to construct highly conductive fluorine-and boron-rich cathode electrolyte interface(CEI)on liNi_(0.9)Co_(0.05)Mn_(0.05)O_(2)(NCM90)surface and solid electrolyte interphase(SEI)on lithium metal *** modified CEI effectively mitigates the structural transformation from layered to disordered rock-salt phase,and consequently alleviate the dissolution of transition metal ions(TMs)and its“cross-talk”effect,while the enhanced SEI enables stable lithium plating/striping and thus demonstrated good compatibility between electrolyte and lithium metal *** a result,the common electrolyte with 1 wt%TMB enables 4.7 V NCM90/li cell cycle stably over 100 cycles with 70%capacity *** work highlights the significance of the electron-defect boron compounds for designing desirable interfacial chemistries to achieve high performance NCM90/li battery under high voltage operation.

关键词： NCM90 batteries Electrolyte additive Trimethyl borate

Covalency competition induced selective bond breakage and surface reconstruction in manganese cobaltite towards enhanced electrochemical charge storage

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Green Energy & Environment 2024年第5期9卷 909-918页

作者： Peng Gao Pei Tang Ying Mo Peitao Xiao Wang Zhou Shi Chen Hongliang Dong Ziwei li Chaohe Xu jilei liu College of Materials Science and Engineering Hunan Joint International Laboratory of Advanced Materials and Technology for Clean EnergyHunan Province Key Laboratory for Advanced Carbon Materials and Applied TechnologyHunan UniversityChangshaHunan410082China Department of Materials Science and Engineering National University of Defense TechnologyChangshaHunan410073China Joint Key Laboratory of the Ministry of Education Institute of Applied Physics and Materials EngineeringUniversity of MacaoAvenida da UniversidadeTaipaMacao999078China Center for High Pressure Science and Technology Advanced Research PudongShanghai201203China College of Aerospace Engineering Chongqing UniversityChongqing400044China

Manganese cobaltite(MnCo_(2)_(4))is a promising electrode material because of its attractive redox chemistry and excellent charge storage *** previous work demonstrated that the octahedrally-coordinated Mn are prone to react with the hydroxyl ions in alkaline electrolyte upon electrochemical cycling and separates on the surface of spinel to reconstruct into d-MnO_(2) nanosheets irreversibly,thus results in a change of the reaction mechanism with Kþion ***,the low capacity has greatly limited its practical ***,we found that the tetrahedrally-coordinated Co_(2) þions were leached when MnCo_(2)_(4) was equilibrated in 1 mol L^(-1) HCl solution,leading to the formation of layered CoOOH on MnCo_(2)_(4) surface which is originated from the covalency competition induced selective breakage of the CoT–O bond in CoT–O–CoO and subsequent rearrangement of free Co_(6) *** as-formed CoOOH is stable upon cycling in alkaline electrolyte,exhibits conversion reaction mechanism with facile proton diffusion and is free of massive structural evolution,thus enables utilization of the bulk electrode material and realizes enhanced speciﬁc capacity as well as facilitated charge transfer and ion *** general,our work not only offers a feasible approach to deliberate modiﬁcation of MnCo_(2)_(4)'s surface structure,but also provides an in-depth understanding of its charge storage mechanism,which enables rational design of the spinel oxides with promising charge storage properties.

关键词： Manganese cobaltite Tetrahedrally-coordinated Co^(2+)leaching Selective bond breakage Surface reconstruction Charge storage mechanisms

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俯冲带变质脱水作用与流体性质

山东科技大学学报（自然科学版） 2021年第5期40卷 23-29页

作者：李继磊中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究院重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029

俯冲带不仅是全球最大的物质循环的枢纽,还是地球内部流体活动最为强烈的场所之一。在板片俯冲过程中,经洋底蚀变的洋壳、上覆沉积物和下伏蛇纹石化岩石圈地幔随着温压的升高发生变质脱水反应形成俯冲带流体。脱水过程主要受俯冲板片中... 详细信息

俯冲带不仅是全球最大的物质循环的枢纽,还是地球内部流体活动最为强烈的场所之一。在板片俯冲过程中,经洋底蚀变的洋壳、上覆沉积物和下伏蛇纹石化岩石圈地幔随着温压的升高发生变质脱水反应形成俯冲带流体。脱水过程主要受俯冲板片中含水矿物的稳定性控制,而其流体效应主要受控于俯冲带热结构等因素。俯冲带流体按其含水和溶质比例可分为富水流体、超临界流体和含水熔体等不同类型,流体不仅可以携带传统的liLE,还可以携带HREE、HFSE、金属元素和重要挥发分(如C、N和S等)进行迁移,在制约俯冲板片-岛弧物质循环方面起着重要作用。本研究在回顾俯冲板片的脱水机制、流体作用及其地球化学行为的基础上,对俯冲带流体的研究前景进行了展望。

关键词：俯冲带变质作用含水矿物流体元素循环

西天山阿吾拉勒西段木汗巴斯陶侵入岩体的地球化学特征、时代及地质意义

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岩石学报 2012年第8期28卷 2401-2413页

作者：刘新钱青苏文李继磊中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院研究生院北京100049 中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究重点实验室北京100029 德国纽伦堡-埃朗根大学北巴伐利亚地学中心埃朗根91054

阿吾拉勒山西段出露大量古生代侵入岩体。其中木汗巴斯陶岩体由角闪辉长岩和花岗岩组成。它们均富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Sr等)、强烈亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti),不具明显的轻重稀土分异和铕异常,类似于大陆弧钙碱性岩浆岩的地球化... 详细信息

阿吾拉勒山西段出露大量古生代侵入岩体。其中木汗巴斯陶岩体由角闪辉长岩和花岗岩组成。它们均富集大离子亲石元素(Rb、Ba、Sr等)、强烈亏损高场强元素(Nb、Ta、Ti),不具明显的轻重稀土分异和铕异常,类似于大陆弧钙碱性岩浆岩的地球化学特征。LA-ICP-MS锆石U-Pb测年结果表明角闪辉长岩和花岗岩的侵位时代分别为317.0±2.2Ma和319.1±2.4Ma。木汗巴斯陶侵入岩体的地球化学和年代学表明包括阿吾拉勒山西段在内的整个伊犁-中天山地块南缘在早石炭世晚期至晚石炭世早期处于一个活动大陆边缘环境。

关键词：西天山阿吾拉勒山角闪辉长岩花岗岩锆石LA-ICP-MS年龄

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耐高温吸波陶瓷及其涂层的研究进展

材料工程 2024年第4期52卷 24-33页

作者：高基磊刘俐武汉理工大学材料科学与工程学院武汉430070

随着近现代科技的发展,高速飞行器对生存能力需求不断提高,其鼻锥、机翼、尾喷管等高温部件极易暴露。传统吸波材料普遍不能应用于高温环境,为了能够隐藏高速飞行器的高温部件,吸波材料的高温应用引起了研究人员的重视,耐高温吸波陶瓷... 详细信息

随着近现代科技的发展,高速飞行器对生存能力需求不断提高,其鼻锥、机翼、尾喷管等高温部件极易暴露。传统吸波材料普遍不能应用于高温环境,为了能够隐藏高速飞行器的高温部件,吸波材料的高温应用引起了研究人员的重视,耐高温吸波陶瓷材料可以实现上述背景下的应用。为提供分析和改善陶瓷吸波材料高温程度有限和吸收带宽较窄问题的依据,对引入温度影响后,耐高温吸波陶瓷材料的吸波机理进行了阐述。耐高温吸波陶瓷材料与涂层可以分为碳化物陶瓷、氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和聚合物转化陶瓷。本文在此分类的基础上,对陶瓷吸波材料和涂层损耗电磁波机理及其高温条件下的吸波性能进行了归纳总结,并指出未来耐高温吸波陶瓷材料应改善现有材料耐高温程度不足以及有效吸收带宽较窄的问题,进而加强其在高温条件下的服役能力。

关键词：陶瓷复合材料介电损耗高温吸波涂层

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板片俯冲过程中Co、Ni的分布及迁移特征——以西南天山为例

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岩石学报 2023年第4期39卷 1203-1216页

作者：闫立志苏本勋王静李文君李继磊中国科学院矿产资源研究重点实验室中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院大学北京100049

在板片俯冲过程中,基性洋壳、下伏蛇纹石化岩石圈地幔和覆盖在俯冲洋壳上的大洋沉积物在不同深度会依次发生板片脱水作用和沉积物熔融,形成的俯冲带熔/流体可携带某些元素交代地幔楔,进而通过弧岩浆作用返回地壳。同时,俯冲板片内不同... 详细信息

在板片俯冲过程中,基性洋壳、下伏蛇纹石化岩石圈地幔和覆盖在俯冲洋壳上的大洋沉积物在不同深度会依次发生板片脱水作用和沉积物熔融,形成的俯冲带熔/流体可携带某些元素交代地幔楔,进而通过弧岩浆作用返回地壳。同时,俯冲板片内不同组分之间也会发生化学成分的迁移和交换,并最终进入深部地幔,造成地幔不均一性和不同程度壳幔相互作用。本文报道了我国西南天山典型高压-超高压变质带中蛇纹岩、辉石岩、绿片岩、蓝片岩和榴辉岩内各矿物相的主量元素及Cu、Co、Ni含量数据。结果表明,除辉石岩中透辉石的Cu含量较高(1.26×10^(-6)~76.9×10^(-6))外,其它硅酸盐矿物的Cu含量均在1.0×10^(-6)~10.0×10^(-6)左右;而Co和Ni在不同岩性及不同矿物之间显示较大的含量差异:蛇纹岩中蛇纹石的Co和Ni含量分别为22.6×10^(-6)~49.6×10^(-6)和482×10^(-6)~1097×10^(-6),榴辉岩中绿辉石的Co和Ni含量分别为6.0×10^(-6)~66.2×10^(-6)和21.6×10^(-6)~506×10^(-6),辉石岩中透辉石的Co和Ni含量分别为20.8×10^(-6)~289×10^(-6)和69.5×10^(-6)~351×10^(-6),蓝片岩中蓝闪石的Co和Ni含量分别为9.0×10^(-6)~94.3×10^(-6)和75.5×10^(-6)~495×10^(-6)。绿片岩、蓝片岩和榴辉岩中均含石榴子石,Co、Ni含量变化范围分别为1.2×10^(-6)~134×10^(-6)和7.7×10^(-6)~26.9×10^(-6)。相较于绿片岩,蓝片岩和榴辉岩中石榴子石的Co、Ni含量较高。矿物成分剖面分析表明,蓝片岩和榴辉岩的石榴子石中由核至边Co含量明显增加,而Ni含量无太大变化。这些矿物中Cu、Co和Ni的分布特征揭示,随着板片持续俯冲深度的增加,变质作用程度从绿片岩至榴辉岩,硅酸盐矿物中Cu含量几乎不发生变化,而Co和Ni的含量显示升高的趋势,这可能与蛇纹岩和辉石岩的参与程度有关,也显示Co具有较强的熔流体活动性和可迁移性。三种元素的迁移特征和变化规律表明俯冲板片对产于俯冲带的富Cu矿床中金属Cu的贡献可能主要来自于其中的硫化物而非硅酸盐矿物,残余板片中硅酸盐矿物的熔融可能对俯冲结束后形成的岩浆Cu-Ni硫化物矿床提供Ni和Co元素的贡献。结合西南天山高压-超高压变质带所揭示的俯冲熔/流体的还原性特征,上述推论可为解释中亚造山带南缘古生代斑岩铜矿,尤其是还原性斑岩铜矿的发现,并对岩浆铜镍硫化物矿床的时空分布和成矿特征提供重要制约。

关键词：俯冲带西南天山变质基性岩钴镍元素迁移

Additives strategies to improving cycling stability of li metal batteries by modifying electrode electrolyte interphases

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Progress in Natural Science:Materials International 2024年第2期34卷 338-344页

作者： Yuan li Pengfei Huang Chunyu Cui Xiaoyuan Ma li Chen Zekun li linhai li Yuhong Tian School of Biological and Chemical Engineering Guangxi University of Science and Technology School of College of Chemistry and Chemical Engineering Hunan University Isky Future Energy Institute

li metal batteries（LMBs） have attracted much attention due to the ultra-high theoretical capacity of the li metal anode（LMA）.However,the uncontrollable dendrites growth and low coulombic efficiency hinder their practical ***,we explore 3,5-difluoropyridine（2F-BD） as a novel electrolyte additive to enable highperformance *** 2F-BD additive participates in and modifies the solvation structure of li ions by reducing the coordinated number of PF6-at the electrode surface,leading to the formation of a liF and li3N-rich solid electrolyte interphase（SEI）.The liF component increases the robustness of SEI and suppresses the formation of li dendrites,while the li3N component facilitates the transportation and reaction kinetics of li *** a result,the li‖li symmetric cell presents a stable cycling performance of up to 500 h at a current density of 1 mA *** coupling with liFePO4cathode,the obtained full cell achieves high specific capacities of 106.06 mA h g-1and 84.98 mA h g-1at 2.55 mA cm-2and 5.10 mA cm-2,respectively,and maintains a high capacity retention of84.0% after 1000 cycles at 0.13 mA cm-2,with an average cycling CE of 99.58%.

关键词： li metal batteries li dendrites Electrolyte additive

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俯冲带硫的地球化学行为及硫循环

岩石学报 2022年第5期38卷 1345-1359页

作者：李继磊高俊黄高风马智佩王信水中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源研究院重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国地质大学(武汉)地球科学学院武汉430074

俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着硫(S)在地球内部圈层及表层的循环,影响着大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的稳定性以及地球的宜居性。厘清S在俯冲带中的地球化学行为和循环特征对理解地球各储库的氧化还原状态、岩浆作用与演化、... 详细信息

俯冲带是全球最大的物质循环系统,控制着硫(S)在地球内部圈层及表层的循环,影响着大气圈、水圈、生物圈、岩石圈的稳定性以及地球的宜居性。厘清S在俯冲带中的地球化学行为和循环特征对理解地球各储库的氧化还原状态、岩浆作用与演化、成矿物质聚集、以及地球大气成分等具有重要意义。本文首先总结了进入俯冲带之前的大洋岩石圈的S结构模型,对S在大洋板片中的分布状态和地球化学特征进行了系统归纳。随后,系统阐述了俯冲带高压-超高压变质岩记录的板片变质及脱水过程中硫的地球化学行为。岩石学研究表明俯冲板片中的S多以硫化物相存在,硫酸盐矿物在弧前深度就已被释放或分解。相较于熔体,俯冲带流体中S的溶解度更高,是运移硫的更有效方式。DEW模型计算结果显示,流体中S含量总体较低,但在俯冲板片~90km处其含量有一个峰值(浓度0.5%~1.0%)。岩相学证据、地球化学测试结果、磷灰石S近边吸收结构(S-XANES)特征以及模拟结果都显示俯冲深部流体中S多以HS^(-)及H_(2)S形式存在,不含大量的SO_(4)^(2-)及硫酸盐;中f_(S_(2))流体有利于S迁移出俯冲板片,从而促进俯冲带大规模S循环,而高f_(S_(2))流体在流-岩交换过程沿流体通道发生S的锁固作用而不利于俯冲带S循环。质量平衡计算显示全球俯冲带S输入通量为4.65×10^(13)g/yr,弧下深度板片S输出通量为2.91×10^(12)g/yr,板片-岛弧S循环效率仅6.3%。俯冲板片在弧下深度可能存在一个短暂高效的S释放窗口,释放流体的δ^(34)S值为-2.1±3.0‰。基于高压-超高压变质岩中硫化物的研究,初步厘清了俯冲板片中S的地球化学行为,首次从板片角度全面、定量地限定了俯冲带的脱硫通量、效率、种型和同位素特征,提出俯冲带循环的S不是岛弧岩浆的氧化剂,与岛弧环境的正δ^(34)S值也无直接因果联系,对解析俯冲带S循环和理解地球长期的S循环具有重要意义。最后,本文还展望了俯冲带S循环的未来发展方向,应在俯冲带流体氧化还原性质(硫酸盐的命运)、俯冲沉积物对S循环的制约、俯冲带环境下多硫同位素的分馏效应、S循环与其它挥发分(如C等)循环之间的耦合关系、地球历史上深部S循环等方向做出探索,更深入地理解俯冲带及全球S循环过程。

关键词：俯冲带硫循环高压-超高压变质岩板片流体岛弧氧逸度

中天山地块南缘两类混合岩的成因及其地质意义

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岩石学报 2019年第10期35卷 3233-3261页

作者：王信水江拓高俊高强李继磊张喜中国科学院地质与地球物理研究所矿产资源院重点实验室北京100029 地质过程与矿产资源国家重点实验室中国地质大学地球科学学院武汉430074 中国地质调查局武汉地质调查中心同位素地球化学研究室武汉430205 中国地质环境监测院北京100081 中国五矿集团北京100010

中天山地块是位于中亚造山带西南缘的西天山造山带的重要组成块体,其基底演化和构造亲缘性对恢复西天山的增生造山方式和大地构造格局具有重要意义。混合岩在中天山地块的高级变质地体中广泛分布,是揭示中天山地块基底演化和构造属性的... 详细信息

中天山地块是位于中亚造山带西南缘的西天山造山带的重要组成块体,其基底演化和构造亲缘性对恢复西天山的增生造山方式和大地构造格局具有重要意义。混合岩在中天山地块的高级变质地体中广泛分布,是揭示中天山地块基底演化和构造属性的窗口。本文通过开展锆石U-Pb年代学和Hf同位素及岩石地球化学研究,确定了中天山地块南缘乌瓦门杂岩的两类条带状混合岩的原岩性质和形成时代以及混合岩化作用时代和成因机制。第一类条带状混合岩的原岩为中基性岩屑砂岩,混合岩化时代为~1. 8Ga,是在同期角闪岩相变质过程中通过变质分异形成的。第二类条带状混合岩的古成体包括黑云角闪斜长片麻岩和黑云斜长角闪片麻岩,原岩均形成于~2. 5Ga,并叠加~1. 8Ga角闪岩相变质作用,是洋陆俯冲背景下由俯冲洋壳或岩石圈地幔部分熔融形成。侵入古成体的变基性岩墙形成于~1. 72Ga,具有Fe-Ti玄武岩的地球化学特征,起源于后碰撞伸展背景下的软流圈地幔。该类混合岩的浅色体同时穿插古成体和变基性岩墙,呈现突变的野外接触关系,与区域内约787~785Ma混合岩化同期,即混合岩化作用是外来岩浆注入的结果,可能是造山带垮塌引发地壳深熔作用的产物。乌瓦门杂岩记录的~2. 5Ga岩浆活动、~1. 8Ga变质作用和~790Ma混合岩化作用可以和塔里木北缘进行对比,暗示中天山地块是一个具有确切新太古代-古元古代结晶基底的微陆块,并且和塔里木克拉通存在构造亲缘性。

关键词：混合岩中天山地块天山造山带中亚造山带