调控层状P2@P3尖晶石结构演变助力高性能钠离子电池正极材料

电化学储能技术因其可以改变现阶段传统的能源模式并实现能源的合理存储和传输而成为研究热点。由于全球丰富低成本的钠资源，所以室温钠离子电池在未来大规模储能应用上表现出巨大的潜力。层状过渡金属氧化物具备制备工艺简单、比容量高、离子电导率高，环境友好等优点，因此引起了研究人员的广泛关注。根据钠离子在过渡金属层间的占位方式不同和单位晶胞氧层堆积方式的差异，层状正极材料热力学稳定相主要分为P2型和O3型两类。O3型正极材料的钠离子占据八面体位点，氧层以ABCABC的方式排列。P2型正极材料的钠离子采取三棱柱的占位方式，氧层以ABBA的方式排列。根据目前的研究发展来看，大多数层状氧化物正极材料表现出单相结构，所以电化学性能受到限制。值得注意的是，现阶段报道的两相复合结构可以利用两者的协同作用，综合不同结构的优点从而改善电化学性能。另外，正极材料中的尖晶石型结构可以提供高的电子导电性，所以设计并合成出具备层状P2@P3尖晶石复合结构具有极其重要的意义。另外，化学元素的合理取代可以抑制不可逆相变和改善材料结构稳定性，所以能够更进一步大幅度提升正极材料的电化学性能。

近日，伍伦贡大学侴术雷教授和中国科学院化学研究所郭玉国研究员（共同通讯作者）合作在国际权威期刊Angewandte Chemie上发表论文（Hot paper）。不仅构筑得到层状P2@P3尖晶石三相复合结构Na_0.5Ni_0.1Co_0.15Mn_0.65Mg_0.1O₂正极材料，而且通过合理的化学元素取代成功地调控了三相复合结构的演变过程。由于其三相共生结构和化学元素取代的双功能调制策略，这种正极材料表现出优异的钠离子半/全电池性能。另外，通过STEM、原位XRD、原位XAS等表征技术，作者不仅深入分析了固有的层状P2@P3尖晶石复合结构，而且清楚地阐明并确认了电荷补偿机制、结构演变、原子排列和相转变过程。这项工作为高性能电池正极材料的设计开辟了一个新的研究领域。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Manipulating Layered P2@P3 Integrated Spinel Structure Evolution for High-Performance Sodium-Ion Batteries

Yan-Fang Zhu, Yao Xiao, Wei-Bo Hua, Sylvio Indris, Shi-Xue Dou, Yu-Guo Guo*, Shu-Lei Chou*

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.201915650

通讯作者简介

侴术雷，澳大利亚伍伦贡大学超导与电子研究所教授。2003和2007年于南开大学分获学士和硕士学位，2010年毕业于澳大利亚伍伦贡大学获博士学位。已在Science, Nature Chemistry, Nature Communications, JACS, Angew Chem, Advanced Materials, Nano Letters 等权威刊物上发表文章200余篇，文章被他引超过10000次，h因子超过57。获得2018和2019年Clarivate Analytics全球高被引学者。

郭玉国，2007年起任中国科学院化学所研究员，中国科学院大学岗位教授，博士生导师。研究工作主要集中在锂离子电池、锂硫电池、固态电池、钠离子电池等电化学储能器件及能源材料领域。在国际知名期刊上发表SCI论文300多篇，被他人引用31000多次，目前SCI上的h-index为95。2014-2019连续六年被Clarivate Analytics评选为全球高被引科学家。出版电池纳米材料方面英文专著1部。申请国际PCT专利16项，中国发明专利99项，获美、德、英、日等国发明专利授权5项，中国发明专利授权67项，成果转化多项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/15510