揭示β-Li3VO4离子导体非谐晶格动力学机制及其对锂离子扩散的增强作用

本研究针对非谐晶格动力学（ALD）与离子扩散关系不明的关键问题，由研究人员通过高温X射线衍射与第一性原理计算，发现β-Li3VO4中OI原子的ALD与LiII离子运动耦合，激活并促进锂离子扩散，揭示了声子工程调控离子迁移的新机制，为固态电池电解质设计提供原子尺度见解。

　　

非谐晶格动力学（Anharmonic Lattice Dynamics, ALD）已成为开发先进固态电池超离子导体的重要研究方向，但其与离子扩散间的内在关联仍因晶格动力学与势能面的耦合而难以明晰。本研究在离子导体β-Li₃VO₄中发现，氧原子（O_I）的非谐动力学行为与锂离子（Li_II）的运动存在强耦合，随着温度升高，Li_II离子的活化与扩散能力显著增强。通过高温X射线衍射（HTXRD）的Rietveld精修分析表明，ALD主要涉及Li_II和O_I原子，且其热振动因子随温度急剧上升。结合原位拉曼光谱与第一性原理计算，研究进一步识别出三个与Li_II–O_I振动相关的声子模式具有强非谐性：其中一个模式与锂离子活化相关，另两个则直接参与扩散过程。基于这些发现，团队提出了描述ALD过程的原子尺度机制，为理解非谐动力学增强离子扩散提供了深层见解，并验证了通过声子工程（Phonon Engineering）精确调控离子迁移策略的可行性。