西安交大科研人员在高比能钠离子电池正极材料领域取得重要进展

在国家“双碳”战略需求的背景下，钠离子电池凭借钠资源的低成本优势有望在未来规模储能领域实现广泛的应用。作为限制钠离子电池能量密度的关键部分，正极材料的能量密度和循环寿命一直备受广大科研工作者的关注。典型的层状氧化物正极材料在实际应用过程中一直面临着钠空位有序和大体积相变的基础科学问题，这直接了限制了这类正极材料的电化学性能和能量密度。

鉴于此，西安交通大学王鹏飞教授课题组提出利用Li+、Mg2+、Ti4+三种特定功能离子的协同效应有效解决了P2型正极材料低电压区域钠空位有序重排和高电压区域大体积相变的难题，设计的正极材料工作电压为3.57 V，可逆比容量达到134 mAh g–1，与硬碳负极匹配的全电池能量密度达到296 Wh kg–1。同时，王鹏飞教授团队通过高通量合成实验绘制层状相的热力学稳定相图，研制出一种P2和O3双相结构共生的新型层状正极材料，两相界面的“互锁效应”有效减小了材料充放电过程中结构应力和晶格错位概率，缓解了大尺寸钠离子脱嵌过程中的相变体积变化，得到了一种可逆比容量为144 mA h g–1，能量密度高达514 Wh kg–1的新型钠离子电池正极材料。

相关研究成果以《多离子协同抑制P2型正极大体积相变提高钠离子电池性能》（Mitigating the Large-Volume Phase Transition of P2-Type Cathodes by Synergetic Effect of Multiple Ions for Improved Sodium-Ion Batteries）为题于2月21日在线发表在《先进能源材料》（Advanced Energy Materials）上。同时以《一种合理的双相调控策略实现高性能钠离子电池层状正极》（A Rational Biphasic Tailoring Strategy Enabling High-Performance Layered Cathodes for Sodium-Ion Batteries）为题于3月1日在线发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie）上。论文的第一作者均为电气学院承志伟博士，西安交通大学王鹏飞教授、肖冰教授、滑纬博研究员以及中科院化学研究所郭玉国研究员为共同通讯作者，论文第一单位均为西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室新型储能与能量转换纳米材料研究中心。

该研究工作得到了国家自然科学基金、西安交通大学青年拔尖人才计划、思源学者和国家重点实验室中青年创新基金等项目资助，表征及测试工作得到西安交通大学分析测试共享中心支持，理论模拟计算得到西安交通大学校级高性能计算平台的支持。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202103461

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202117728