学术预告 | 中子科学与技术中心学术报告第47期：晶体结构搜索在新型锂电池正极材料等方面的应用

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  广东省磁电物性分析与器件重点实验室

发展大规模储能技术对于推动实现国家“双碳”目标十分重要。在众多电化学储能技术路线中，锂离子电池技术因其成熟性得到了广泛应用。发现新型低成本、高容量正极材料对于降低成本具有重要意义。基于材料构型的元素替换方法是一种成熟的新材料发现方法，但是实验数据的稀缺性限制了其在新兴化学空间中预测新材料的能力。第一性原理晶体结构预测不依赖实验数据，可弥补这一不足。我们研究检验了第一性原理随机结构搜索(ab initio random structure searching,AIRSS) 方法可以基于元素组分快速获得 LiCoO2、LiFePO4 等典型电极材料的基态结构。该方法被用于五元电极材料 LiFeSO4F，不但找到已知的实验结构，还发现了一种新的异构体。草酸根离子被报道具有阴离子氧化还原特性，通过搜索我们获得了已知 Li2Fe(C2O4)2 的异构体，以及新型 Li2FeC2O4F2 材料。有趣的是，并非所有所得的结构中的草酸根离子均可参与反应。最后，我们对 Li-Fe-S-O 四元化学空间中的硫氧化物进行了搜索，除了之前已知的反钙钛矿结构的Li2FeSO，还发现多种新化合物。进一步的计算表明，其中两种新材料可提供比 LiFePO4 更高的能量密度。

朱博南，本科、博士毕业于英国剑桥大学，随后加入伦敦大学学院开展博士后研究，现为北京理工大学宇航学院准聘教授，受到国家级青年人才计划支持。长期从事材料物化性质计算，理论设计，结构预测等研究。在氧化外延薄膜界面调控，新型锂电池材料发现，高通量计算平台开发等方面取得了多项成果。在ACS Nano, Advanced Functional Materials, Nature Communications 等学术期刊发表论文26篇，任 Journal of Open Source Software 编辑，担任npj Computational Materials, Journal of American Chemical Society 等期刊审稿人。