中國粉體網訊 鋰離子電池鋰資源的短缺和價格瘋漲引起的潛在風險，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（NaxMeO2，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等結構。其中O3型高鎳NaNixCoyMn1-x-yO2（x≥0.6）氧化物被認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)生一系列復雜相變，進而引起嚴重的結構/形態(tài)退化以及遲緩的鈉離子脫/嵌動力學。
基于此，來自濟南大學原長洲教授團隊，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”設計、體相摻雜和表面包覆層，設計了一種先進的NaNi0.6Co0.2Mn0.2O2正極（T-CSN6@A），得到了高化學機械穩(wěn)定性和高效儲鈉的耐寬溫度準固態(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構穩(wěn)性。這種精心設計的結構不僅有效抑制了循環(huán)過程中由于晶格反復體積變化體相和表面結構坍塌，還極大的提高了脫/嵌鈉動力學，該正極化學機械穩(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。當作為具有競爭力的正極使用時，基于T-CSN6@A的準固態(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≈255 Wh/Kg的能量密度。該項工作可行的改性策略為設計先進的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，中國粉體網將在山城重慶舉辦“2023先進正極材料技術與產業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術研討會”。我們有幸邀請到濟南大學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)下所產生的多重相變問題，從組分分布、微觀結構及表界面調控多方面入手，將核殼結構、離子體相摻雜及表面包覆有機結合，從而實現(xiàn)多層次結構/成分修飾，獲得結構穩(wěn)定和電化學性能優(yōu)異的鈉離子正極材料。并對廢棄高鎳O3型層狀正極材料進行了回收再利用研究。
原長洲，研究生，工學博士，濟南大學材料科學與工程學院教授、博士生導師。山東省“泰山學者特聘專家”，省杰青和省技術領軍人才獲得者。入選科睿唯安“全球高被引科學家”（2016-2020，2022年）、愛思維爾“中國高被引學者”（2016-2022年）、全球頂尖前10萬科學家、材料科學頂級科學家、全球前2%頂尖科學家和“終身科學影響力”榜單。獲教育部自然科學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用基礎研究。迄今，以第一/（共）通訊作者在Adv.Mater.和Angew.Chem.等發(fā)表學術論文200余篇。
研究領域：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》
（中國粉體網編輯整理/長安）
注：圖片非商業(yè)用途，存在侵權告知刪除！
