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相变,本质上是材料内部原子排列方式发生改变,从而形成新的晶体结构或物相。这种变化可能由温度、压力、电场、化学反应等因素引起,也可能伴随着离子的嵌入与脱出、元素迁移或缺陷重构。
更重要的是,晶体结构一旦发生改变,材料的很多性质都会随之变化。
例如,电子传输能力、离子扩散速率、晶格稳定性、机械强度以及活性位点分布,都可能因为相变而发生改变。因此,很多时候实验中观察到的性能提升或衰减,并不是材料成分发生了变化,而是材料内部已经完成了一次新的相变。
正因为如此,在材料研究中,相变不仅是一个结构变化过程,更是理解材料性能演变的重要依据。

近年来,越来越多顶级研究开始强调结构演变(Structure Evolution),原因在于材料并不是始终保持初始状态,而是在反应过程中不断发生动态变化。
例如,一种材料在反应开始时可能具有完整的晶体结构,但随着反应持续进行,可能经历相变、晶格畸变、缺陷形成、表面重构甚至无定形化等一系列演变过程。这些变化都会影响材料的活性、稳定性和寿命,因此,仅分析反应前后的结构往往是不够的,更需要关注整个演变过程。
理解相变和结构演变,仅靠文字描述往往难以建立完整认知。
《150+电池材料相变、结构演变示意图》以锂离子电池、钠离子电池等典型电池材料为例,系统展示了充放电过程中常见的相变路径、晶体结构变化及结构演变过程:


NCM三元正极脱锂结构演变图

正极微裂纹与电解液渗透图

高电压循环内部应变演化图

包覆层抑制正极表面相变图


锂枝晶生长图

Li₄Ti₅O₁₂零应变结构图

快充析锂过程图

人工SEI抑制枝晶图


锌负极枝晶生长图

钾离子负极体积膨胀图

V₂O₅层间距变化图

水系电池界面演变图


复合固态电解质离子通道图

人工中间层抑制界面反应图

固态电池失效机制总览图

固态电解质/锂金属反应层图


多硫化物穿梭效应图

锂氧电池ORR/OER路径图

锌空气电池空气阴极反应图

锂硫多硫化物转化路径图


异质结构内建电场图

原位重构活性界面图

结构设计到性能提升逻辑图

浓度梯度降低应变图


原位AFM界面膜生长图

原位TEM颗粒膨胀裂纹图

EIS界面阻抗增长图

FIB-SEM三维裂纹重构图
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