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喬羽教授研究團(tuán)隊(duì)在鈉離子電池正極材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果以“Achieving a high-performance sodium-ion pouch cell by regulating intergrowth structures in a layered oxide cathode with anionic redox”為題發(fā)表在Nature Energy上（DOI：10.1038/s41560-023-01425-2）。

鈉離子電池以其成本優(yōu)勢(shì)，逐漸得到科研界和產(chǎn)業(yè)界的共同關(guān)注。鈉電正極材料中，層狀氧化物材料作為大容量、高比能的代表，受到了廣泛的關(guān)注。尤其是在層狀正極的過(guò)渡金屬層中引入Li元素，進(jìn)而構(gòu)建起的Na-O-Li特殊構(gòu)型能夠激發(fā)材料晶格中的氧元素相關(guān)陰離子氧化還原活性，進(jìn)而為相關(guān)電池體系提供更高的容量和能量密度。但是，由于充放電過(guò)程中存在從P相到O相的復(fù)雜的相變過(guò)程以及過(guò)渡金屬元素的不可逆遷移現(xiàn)象，鈉電層狀氧化物正極材料的容量拓展和相關(guān)材料研發(fā)受到了嚴(yán)重阻礙。

在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)P2相Fe/Mn基層狀正極（P2-Na0.67Li0.1Fe0.37Mn0.53O2），證明了OP4中間相是從“復(fù)雜結(jié)構(gòu)相變”到“不可逆結(jié)構(gòu)畸變”的關(guān)鍵點(diǎn)。相關(guān)的共生結(jié)構(gòu)演化過(guò)程中，相鄰的O型層板堆疊將誘發(fā)過(guò)渡金屬層Li元素的不可逆脫出、過(guò)渡金屬元素的不可逆遷移、氧元素的不可逆流失。通過(guò)精確的指認(rèn)和調(diào)控安全、可逆充放電深度，實(shí)現(xiàn)了高比能鈉離子電池層狀正極材料的結(jié)構(gòu)可逆充放電區(qū)間循環(huán)，并實(shí)現(xiàn)了165 Wh/kg高能量密度鈉離子電池軟包器件的成功組裝和穩(wěn)定循環(huán)。

165 Wh/kg高比能鈉離子電池循環(huán)示意圖

該工作在喬羽教授的指導(dǎo)下完成，2020級(jí)碩士生王小童為第一作者。該論文得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（22021001等）、中國(guó)科學(xué)技術(shù)部（2021YFA1201900）、嘉庚創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究項(xiàng)目（RD2021070401），以及固體表面物理化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41560-023-01425-2#Sec26