電化學(xué)過(guò)程中材料細(xì)微的結(jié)構(gòu)變化通常與電極材料的性能劣化有關(guān)。多種表征耦合可以將材料中細(xì)微的改變顯著化。一些基礎(chǔ)的表征，例如晶體結(jié)構(gòu)，化學(xué)鍵和電子/離子電導(dǎo)率，為深入了解電極材料的反應(yīng)機(jī)理并揭示優(yōu)化提供途徑。武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)使用了一種典型的正極材料五氧化二釩（V₂O₅），研究了材料在循環(huán)過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重容量衰減的原因。他們的研究已于2019年4月在《Nano Research》上發(fā)表。 

　　首先，他們利用原位X射線衍射（XRD）和原位拉曼光譜結(jié)合電化學(xué)測(cè)試表征了V2O5的結(jié)構(gòu)演化。該小組研究了V₂O₅在0^–1 (Li/V比)范圍內(nèi)的相變。他們同時(shí)利用XAFS (X-ray absorption fine structure，X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)) 技術(shù)，發(fā)現(xiàn)在充電/放電過(guò)程之后，V–O和V–V距離分別比原始距離更長(zhǎng)和更短。結(jié)合上面的原位電化學(xué)測(cè)試，他們認(rèn)為這些變化對(duì)于晶體結(jié)構(gòu)劣化至關(guān)重要，而結(jié)構(gòu)劣化與容量衰減有關(guān)。 　　

　　利用北京同步輻射裝置（BSRF）1W1B-XAFS實(shí)驗(yàn)站獲得不同充放電深度（a，b）與多次充放電后（c，d）的非原位XAFS結(jié)果。隨著放電進(jìn)行，材料中鋰離子嵌入，材料V-V和V-O距離均變長(zhǎng)。當(dāng)鋰離子第一次全部脫出后，發(fā)現(xiàn)V-O距離變長(zhǎng)，V-V距離變短，表明材料結(jié)構(gòu)不穩(wěn)固，且結(jié)構(gòu)無(wú)序變大；而第二次放電后，伴隨著鋰離子再次從V2O5結(jié)構(gòu)骨架中脫出。這個(gè)骨架顯得更加不穩(wěn)固，V-O距離再次略微變大，V-V距離變大，且配位多面體強(qiáng)度變低，表明結(jié)構(gòu)相對(duì)于第一次變得更加無(wú)序。 

　　Ekaterina Pomerantseva教授在ACS Appl. Energy Mater. 2020, 3, 1, 1063–1075（https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsaem.9b02098）中高度評(píng)價(jià)道：“我們的結(jié)果與該研究相吻合，在該研究中，V₂O₅電極材料多維度的原位XRD，原位拉曼和非原位XAFS表征表明，V-O化學(xué)鍵在電化學(xué)循環(huán)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，同時(shí)金屬-氧和金屬-金屬鍵可能是電極材料容量衰減的根源。”

　　武漢理工大學(xué)首席教授，課題組組長(zhǎng)麥立強(qiáng)教授解釋說(shuō)“這項(xiàng)工作表明，過(guò)渡金屬與第一殼層氧之間的化學(xué)鍵和過(guò)渡金屬與第二殼層過(guò)渡金屬間距離在循環(huán)中發(fā)生變化可能是電池容量衰減的根源。這是一個(gè)有趣的發(fā)現(xiàn)，它可以揭示一些隱藏的現(xiàn)象?！?/span> 

　　發(fā)表文章： 

　　Guobin Zhang§, Tengfei Xiong§, Xuelei Pan , Yunlong Zhao*, Mengyu Yan*, Haining Zhang, Buke Wu, Kangning Zhao and Liqiang Mai. Illumining phase transformation dynamics of vanadium oxide cathode by multimodal techniques under operando conditions. Nano Research, 2019, 12, 905–910.