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）因其優異的放電容量和簡單的合成工藝而廣受關注。根據氧堆疊序列的數量和Na+環境的位置，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，該材料通常會發生一系列復雜相變，進而引起嚴重的結構/形態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定性和高效儲鈉的耐寬溫度準固態鈉離子電池。
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性。這種精心設計的結構不僅有效抑制了循環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，該正極化學機械穩定性高，改善了電子/離子傳輸速率，實現了高效儲鈉行為。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，以實現下一代鈉離子電池的大規模工業化發展。
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，從而實現多層次結構/成分修飾，獲得結構穩定和電化學性能優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）
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