中國粉體網(wǎng)訊  鋰離子電池鋰資源的短缺和價格瘋漲引起的潛在風(fēng)險，使得開發(fā)下一代鈉離子電池迫在眉睫。在這種背景下，鈉離子電池由于其工作原理與鋰離子電池相似，且天然鈉資源豐富，被認(rèn)為是一種具有成本效益的替代品。

在鈉離子電池正極材料中，過渡金屬鈉氧化物（Na_xMeO₂，Me=Co、Ni、Fe、Mn和V等）因其優(yōu)異的放電容量和簡單的合成工藝而廣受關(guān)注。根據(jù)氧堆疊序列的數(shù)量和Na⁺環(huán)境的位置，鈉氧化物可分為P2、O3、P3、O2等結(jié)構(gòu)。其中O3型高鎳NaNi_xCo_yMn_1-x-yO₂（x≥0.6）氧化物被認(rèn)為是最有前途的高容量鈉離子電池的正極之一。然而，該材料通常會發(fā)生一系列復(fù)雜相變，進(jìn)而引起嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)/形態(tài)退化以及遲緩的鈉離子脫/嵌動力學(xué)。

基于此，來自濟南大學(xué)原長洲教授團隊，在國際知名期刊Advanced Energy Materials上發(fā)表題為“Multi-Level Modifications Enabling Chemomechanically Stable Ni-Rich O3-Layered Cathode toward Wide-Temperature-Tolerance Quasi-Solid-State Na-Ion Batteries”的文章。在該項工作中，研究人員通過多級改性策略，包括“核殼”設(shè)計、體相摻雜和表面包覆層，設(shè)計了一種先進(jìn)的NaNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂正極（T-CSN6@A），得到了高化學(xué)機械穩(wěn)定性和高效儲鈉的耐寬溫度準(zhǔn)固態(tài)鈉離子電池。 

T-CSN6@A正極的合成過程示意圖 

富鎳的核心提供高的比容量，而富錳的外殼加上Ti摻雜與表面Al₂O₃包覆層的存在保證了材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)性。這種精心設(shè)計的結(jié)構(gòu)不僅有效抑制了循環(huán)過程中由于晶格反復(fù)體積變化體相和表面結(jié)構(gòu)坍塌，還極大的提高了脫/嵌鈉動力學(xué)，該正極化學(xué)機械穩(wěn)定性高，改善了電子/離子傳輸速率，實現(xiàn)了高效儲鈉行為。當(dāng)作為具有競爭力的正極使用時，基于T-CSN6@A的準(zhǔn)固態(tài)NIBs在−20至50℃的工作溫度下具有顯著的寬溫耐受性儲鈉行為，同時在25℃時具有高達(dá)≈255 Wh/Kg的能量密度。該項工作可行的改性策略為設(shè)計先進(jìn)的O3型富鎳正極提供了一個新的途徑，以實現(xiàn)下一代鈉離子電池的大規(guī)模工業(yè)化發(fā)展。

2023年8月，中國粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會”。我們有幸邀請到濟南大學(xué)的原長洲教授為我們帶來題為《高鎳O3型層狀正極材料優(yōu)化設(shè)計及儲鈉性能研究》的報告。在本報告中，原教授針對鈉離子電池高鎳O3型層狀正極材料在深度脫鈉狀態(tài)下所產(chǎn)生的多重相變問題，從組分分布、微觀結(jié)構(gòu)及表界面調(diào)控多方面入手，將核殼結(jié)構(gòu)、離子體相摻雜及表面包覆有機結(jié)合，從而實現(xiàn)多層次結(jié)構(gòu)/成分修飾，獲得結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和電化學(xué)性能優(yōu)異的鈉離子正極材料。并對廢棄高鎳O3型層狀正極材料進(jìn)行了回收再利用研究。

原長洲，研究生，工學(xué)博士，濟南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師。山東省“泰山學(xué)者特聘專家”，省杰青和省技術(shù)領(lǐng)軍人才獲得者。入選科睿唯安“全球高被引科學(xué)家”（2016-2020，2022年）、愛思維爾“中國高被引學(xué)者”（2016-2022年）、全球頂尖前10萬科學(xué)家、材料科學(xué)頂級科學(xué)家、全球前2%頂尖科學(xué)家和“終身科學(xué)影響力”榜單。獲教育部自然科學(xué)獎二等獎和省青年科技獎各一項。專注于二次電池和超級電容器等應(yīng)用基礎(chǔ)研究。迄今，以第一/（共）通訊作者在Adv.Mater.和Angew.Chem.等發(fā)表學(xué)術(shù)論文200余篇。

研究領(lǐng)域：超級電容器、鋰/鈉離子電池、離子電容器、鋰硫電池、儲能型光催化劑、新型鉛碳電池。

參考資料：

1、材料科學(xué)站

2、Xiaoying Li, Longwei Liang, Maoshui Su, Lixian Wang, Yamin Zhang, Jinfeng Sun, Yang Liu, Linrui Hou, Changzhou Yuan，《Multi-Level Modifications Enabling Chemomechanically Stable Ni-Rich O3-Layered Cathode toward Wide-Temperature-Tolerance Quasi-Solid-State Na-Ion Batteries》

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）

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