【儀表網 研發快訊】具有低成本優勢的鈉離子電池近年來受到了廣泛的關注。然而鈉離子電池的實際應用仍然受到一些關鍵挑戰，比如低的能量密度和未達到預期的成本，這些問題主要受限制于正極材料。高電壓P2-Na0.67Ni0.33Mn0.67O2層狀正極材料具有超過600 Wh kg-1的理論能量密度，而被認為是實現高能量密度鈉離子電池的良好選擇。然而，該正極材料存在著快速的容量衰減，這限制了其實際應用。當前，針對該問題研究者已經做了一些關鍵的研究并取得了較好的進步，但仍存在高容量與高電壓難以兼得的難題。
 

　　南京大學現代工程與應用科學學院郭少華、周豪慎教授課題組等人提出一種定制化的策略，即選用廉價且具有功效性的造巖元素(Mg-Al-Ti)進行多元微量摻雜，實現了該材料在兼備大容量和高壓特性下的穩定循環。并且通過原位XRD、非原位的HRTEM、以及非原位XAFS探究了其充放電過程中電化學反應機理。設計的Na0.67Ni0.28Mg0.04Al0.02Mn0.64Ti0.02O2表現出140.3 mAh g-1的高可逆容量，并在50個循環后容量保持率仍高達89.0%。基于此, 組裝的鈉離子全電池實現了303.3 Wh kg-1的高能量密度。此外，作者揭示了大體積相變導致的晶內裂紋和進一步副反應導致的層狀結構向巖鹽結構的轉變可能是容量失效的關鍵原因。
 

定制化策略及其改善機制
 

　　該論文由現代工學院郭少華教授、周豪慎教授團隊完成，以“A Customized Strategy Realizes Stable Cycle of Large-Capacity and High-Voltage Layered Cathode for Sodium-Ion Batteries”為題于2024年09月19日在線發表在國際知名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。南京大學現代工學院博士后彭波博士為論文第一作者，南京大學現代工學院郭少華、周豪慎教授為通訊作者。該項工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金委、江蘇省自然科學基金委等的支持。