结构基元做“积木”，搭出各式锂电正极材料 | NSR观点

Original 国家科学评论知社学术圈 2022-04-16

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“才飞了20分钟，这无人机又没电了！”
“满足吧，至少不像手机电池，说不准就爆炸了。”
“我新买的电动汽车也是锂电池，不知道安全不安全？”

锂离子电池已经无处不在，但其能量密度、安全性能和倍率性能，还远远不能满足人们的需要。要解决这些问题，寻找更加理想的正极材料是核心方向。而形形色色的正极材料，其实都是由各种“结构基元”排列组合而成，结构基元本身的性能，以及基元间的组合方式，是决定锂电池正极材料性能的“材料基因”。

结构基元如何“拼出”锂电池正极材料？

晶体材料最基本的结构基元是晶格原子及其配位环境，它们按照一定的空间群结构进行周期性排列形成晶体。例如，所有锂离子电池的正极材料都是由锂离子、过渡金属离子，以及阴离子的结构基元组成。一般而言，结构基元中的成键相互作用以及电子结构决定了晶体材料的内在物理化学性质，就像生命体中基因的作用一样。

最近，北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授、郑家新副教授在《国家科学评论》（National Science Review, NSR）上共同撰写观点文章“‘Structure units’ as materials genes in cathode materials for lithium-ion batteries”，分析锂电池正极材料中的结构基元如何决定其内在物理化学性质（导电性、离子迁移、结构稳定性、热稳定性和电荷转移性质），起到“材料基因”的作用。

锂电池代表性正极材料中的结构基元。图中小圈中展示结构基元，外圈是由这些结构基元之间排列组合形成的锂电池正极材料。

作者提出，从“结构基元”这一源头入手，不仅能更深入地理解材料的内在物理化学性质，还会为将来可能实现的电池材料理性设计提供指导。正如生命科学中的基因工程，可以调控基因以控制生物表型，我们也将可以通过调制“材料基因”来控制电极材料的整体性能。

点击“阅读原文”查看论文原文。

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