厦门大学在钠离子电池正极材料结构设计方面取得重要进展

张明 2024-01-22

厦门大学乔羽教授研究团队在钠离子电池正极材料结构设计方面取得重要进展。相关成果以“Achieving a high-performance sodium-ion pouch cell by regulating intergrowth structures in a layered oxide cathode with anionic redox”为题发表在Nature Energy上（DOI：10.1038/s41560-023-01425-2）。

钠离子电池以其成本优势，逐渐得到科研界和产业界的共同关注。钠电正极材料中，层状氧化物材料作为大容量、高比能的代表，受到了广泛的关注。尤其是在层状正极的过渡金属层中引入Li元素，进而构建起的Na-O-Li特殊构型能够激发材料晶格中的氧元素相关阴离子氧化还原活性，进而为相关电池体系提供更高的容量和能量密度。但是，由于充放电过程中存在从P相到O相的复杂的相变过程以及过渡金属元素的不可逆迁移现象，钠电层状氧化物正极材料的容量拓展和相关材料研发受到了严重阻碍。

在这项工作中，研究团队通过设计P2相Fe/Mn基层状正极（P2-Na0.67Li0.1Fe0.37Mn0.53O2），证明了OP4中间相是从“复杂结构相变”到“不可逆结构畸变”的关键点。相关的共生结构演化过程中，相邻的O型层板堆叠将诱发过渡金属层Li元素的不可逆脱出、过渡金属元素的不可逆迁移、氧元素的不可逆流失。通过精确的指认和调控安全、可逆充放电深度，实现了高比能钠离子电池层状正极材料的结构可逆充放电区间循环，并实现了165 Wh/kg高能量密度钠离子电池软包器件的成功组装和稳定循环。