图3. 对应于不同锂离子浓度的结构模型以及相应的键长信息
（a）为Li4/3Ti5/3O4，Li4.5/3Ti5/3O4和Li7/3Ti5/3O4的结构模型。单胞四个不同的TiO6八面体由不同的颜色所标示；
（b）为与图a结构所对应的Ti-O, Ti-Ti和Ti-Li键长信息。图中红色虚线标示平均键长。在经过嵌锂之后，只有Ti-O和Ti-Li键长发生了明显的变化，而Ti-Ti平均键长基本不变。
图4. 不同锂离子浓度下的计算所得的X光吸收谱以及投影态密度
（a）为实验和计算模拟的不同嵌锂状态下的Ti K-edge X光吸收谱；
（b）为Li4/3Ti5/3O4和Li7/3Ti5/3O4中Ti，Li和O的投影态密度变化。
图5. 分析模拟的X光吸收谱得到的pre-peak B强度与局域畸变的相互关系
（a）为计算得到的对应于各个不同Ti离子的pre-peaks A, B, C；
（b）为结构图显示Ti离子偏离质心位置的偏移量ΔCM；
（c）各个不同Ti离子的偏移量ΔCM和pre-peak B积分强度的线性关系。
图6. 从亚晶胞到颗粒尺度上的多阶段结构转变示意图
（a）为在颗粒尺度上Li4/3Ti5/3O4所经历的多阶段结构变化；
（b）为在单胞尺度上Li4/3Ti5/3O4所经历的局域结构变化以及原子重排
【展望】
这项工作利用原位X光吸收谱能敏锐探测原子周围的局域环境以及配位体结构变化的特点，结合第一原理计算，对Li4/3Ti5/3O4在嵌锂过程中所经历的细微的结构变化做了详细的研究。TiO6八面体的畸变，Ti离子的还原和锂离子占位情况是直接导致一系列图谱特征变化的物理原因。对图谱的定量分析揭示了嵌锂过程中Li4/3Ti5/3O4所经历的多阶段结构变化，这与由离位研究或者理论预测得到的相变模型不同。这个机制对理解非平衡态环境下锂电池的动力学反应过程提供了新的思路。由此建立的分析手段以及图谱指纹特征将有助于研究其他“零应变”电极材料。另外，通过对“零应变”特性的理解，这项研究结果将有助于设计和改良新型的“零应变”电极材料，因此对提高电池的循环寿命和安全性具有指导意义。
