中國(guó)粉體網(wǎng)訊  鋰離子電池鋰資源的短缺和價(jià)格瘋漲引起的潛在風(fēng)險(xiǎn)，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(guò)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(jiǎn)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(huì)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(dòng)力學(xué)。

基于此，來(lái)自濟(jì)南大學(xué)原長(zhǎng)洲教授團(tuán)隊(duì)，在國(guó)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(xiàng)工作中，研究人員通過(guò)多級(jí)改性策略，包括“核殼”設(shè)計(jì)、體相摻雜和表面包覆層，設(shè)計(jì)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(jī)械穩(wěn)定性和高效儲(chǔ)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(guò)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(jì)的結(jié)構(gòu)不僅有效抑制了循環(huán)過(guò)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(dòng)力學(xué)，該正極化學(xué)機(jī)械穩(wěn)定性高，改善了電子/離子傳輸速率，實(shí)現(xiàn)了高效儲(chǔ)鈉行為。當(dāng)作為具有競(jìng)爭(zhēng)力的正極使用時(shí)，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(chǔ)鈉行為，同時(shí)在25℃時(shí)具有高達(dá)≈255 Wh/Kg的能量密度。該項(xiàng)工作可行的改性策略為設(shè)計(jì)先進(jìn)的O3型富鎳正極提供了一個(gè)新的途徑，以實(shí)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(guó)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(huì)”。我們有幸邀請(qǐng)到濟(jì)南大學(xué)的原長(zhǎng)洲教授為我們帶來(lái)題為《高鎳O3型層狀正極材料優(yōu)化設(shè)計(jì)及儲(chǔ)鈉性能研究》的報(bào)告。在本報(bào)告中，原教授針對(duì)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(wèn)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(jī)結(jié)合，從而實(shí)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(duì)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(zhǎng)洲，研究生，工學(xué)博士，濟(jì)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(ài)思維爾“中國(guó)高被引學(xué)者”（2016-2022年）、全球頂尖前10萬(wàn)科學(xué)家、材料科學(xué)頂級(jí)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(jiǎng)二等獎(jiǎng)和省青年科技獎(jiǎng)各一項(xiàng)。專注于二次電池和超級(jí)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(jí)電容器、鋰/鈉離子電池、離子電容器、鋰硫電池、儲(chǔ)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）

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