【编者按】

为进一步培养我校研究生创新能力，提高研究生综合素质，促进学校研究生教育内涵发展，特推出“优博风采”专栏，邀请校级及以上优秀博士学位论文获得者分享科研历程与学术体会、展示创新成果与学位论文等，旨在激励我校研究生秉持“不息为体，日新为道”校训精神，潜心研究、锐意创新。

本期专访人物：材料科学与工程学科博士研究生 吴天昊

所获奖励名称：2023年北京工业大学优秀博士学位论文

【心有所愿，行而成立】

读博期间，我认为首先需要合理安排生活与科研时间，有计划、有目的的完成科研工作。比如早上对一天的事情做好安排和梳理，或晚上根据当天的进展，总结完成情况，并对后续工作做个简单规划，这样可以有效提高自己的工作效率。其次生活与科研上还需要松弛有度，把握界限。既要坚持做好每天的科研工作，包括做实验、看文献、整理数据等等，也需要学会放松，可以通过运动、听音乐、看书等方式使自己换一种思维方式，帮助自己沉淀与静心。劳逸结合，使自己能够保持工作状态，缓解疲劳，为博士阶段的生活续航。

【博士论文介绍】

论文中文题目：富锂锰基层状氧化物梯度结构设计与性能研究

论文英文题目：STUDY ON GRADIENT STRUCTURE DESIGN AND PERFORMANCE OF LITHIUM-MANGANESE-RICH LAYERED OXIDES

作 者：吴天昊

指导教师：尉海军 教授

培养单位：材料与制造学部

学 科：材料科学与工程

论文主要贡献及创新点

如今，锂离子电池(LIB)多种领域得到广泛应用，然而受限于现有商业化正极材料(LiCoO₂、LiFePO₄、LiMn₂O₄和LiNi_1-x-yMn_xCo_yO₂)的容量，目前LIBs能量密度的进一步提高受到了限制。因此，发展高容量和高能量的正极材料势在必行。富锂锰基层状氧化物(LLOs)由于可提供大于300 mAh g^-1的比容量和1000 Wh kg^-1的能量密度，被视为最具应用前景的下一代锂离子电池正极材料之一。然而，LLOs也存在不可忽视的缺点，即容量和电压的严重衰减。尽管在近些年的研究中提出了众多有效的改性方法，但大部分以表面改性为主，导致基于体相的改性方法被逐渐忽视，不利于LLOs的进一步发展。因此，本文从体相的角度将梯度设计引入到LLOs中，并在梯度设计的基础上进行了深入的探索，丰富了富锂材料的设计手段，为富锂材料在体相层面的优化拓宽了道路。本论文创新点如下：

1.基于富锂材料“双晶畴”结构反应机制的研究，通过共沉淀工艺，实现了二次球形团聚体富锂正极材料的全浓度梯度设计和调控，成功合成制备了具备低、中、高三种元素梯度斜率的富锂材料，其中中等斜率的全浓度梯度富锂材料，因其减缓的尖晶石相转变以及适中的电化学应力，循环稳定性得到了提高，可以在1C倍率下循环200圈后的容量保持率为88%，电压降为0.8 mV cycle^-1。

2.基于全浓度梯度富锂材料，通过Al和Mg元素梯度共掺杂，进一步提高了富锂材料的电化学性能。其中，Al和Mg的共掺杂提高了富锂材料晶格氧的稳定性，梯度掺杂的方式强化了梯度富锂材料的表面结构稳定性。Al和Mg梯度掺杂后的全浓度富锂材料经过高温活化后，在1C倍率下循环500圈后的容量保持率和电压衰减分别为86%和0.3 mV cycle^-1。

3.率先开发了不同颗粒尺寸的全浓度梯度单晶富锂正极材料，发现促进单晶生长的潜在因素可能是起到助熔作用的Li₂O，尺寸增大使得颗粒内部与表面的氧化还原反应不同步。小尺寸单晶的梯度设计提高了平均Mn价态，抑制了Jahn-Teller效应并稳定了晶体结构，在0.1C倍率下，循环100圈后容量保持率为97.6%。

图1 不同梯度斜率富锂正极材料的元素分布

【博士期间代表性科研成果】

【与导师合影】

（图文：吴天昊；编辑：胡春瀛；审核：高春娣、韩红桂）