三元材料是目前锂离子电池广泛应用的正极材料，也是正在开展的国家电动汽车动力电池重大创新工程的关键正极材料。随着目前动力电池的需求越来越高，对锂离子电池的功率密度提出了更高的要求。这就要求电池正极材料具有快速充放电的性能，而影响锂电池充放电速度最重要的因素是正极材料自身的锂离子输运机理。日前，北京大学新材料学院的科研人员在锂电池材料输运机理方面取得重要突破，相关成果发表于《美国化学会志》。
北京大学的科研人员开展交叉学科协同创新，通过理论计算和实验测量，首次系统地、完备地揭示了三元层状正极材料的锂离子是如何脱出的输运机理。他们采用量子化学的第一性原理的理论计算发现，三元层状正极材料中，存在两种类型的锂离子扩散通道ODH和TSH，在充电的初始阶段以ODH为主，随后以TSH为主。同时锰和钴等过渡金属元素会对结构、缺陷和锂层的层间距起到调制作用，从而间接影响锂离子的扩散。
同时，他们还采用电化学的实验测量一系列三元层状正极材料的锂离子扩散系数，进一步验证了所提出的机理和模型。这将为今后三元材料锂离子动力学性质的优化和设计以及制备高性能的锂电池材料提供重要线索和理论指导。
