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喬羽教授研究團隊在鈉離子電池正極材料結(jié)構(gòu)設計方面取得重要進展。相關成果以“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，逐漸得到科研界和產(chǎn)業(yè)界的共同關注。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，受到了廣泛的關注。尤其是在層狀正極的過渡金屬層中引入Li元素，進而構(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陰離子氧化還原活性，進而為相關電池體系提供更高的容量和能量密度。但是，由于充放電過程中存在從P相到O相的復雜的相變過程以及過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材料研發(fā)受到了嚴重阻礙。

在這項工作中，研究團隊通過設計P2相Fe/Mn基層狀正極（P2-Na0.67Li0.1Fe0.37Mn0.53O2），證明了OP4中間相是從“復雜結(jié)構(gòu)相變”到“不可逆結(jié)構(gòu)畸變”的關鍵點。相關的共生結(jié)構(gòu)演化過程中，相鄰的O型層板堆疊將誘發(fā)過渡金屬層Li元素的不可逆脫出、過渡金屬元素的不可逆遷移、氧元素的不可逆流失。通過精確的指認和調(diào)控安全、可逆充放電深度，實現(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下完成，2020級碩士生王小童為第一作者。該論文得到了國家自然科學基金（22021001等）、中國科學技術部（2021YFA1201900）、嘉庚創(chuàng)新實驗室基礎研究項目（RD2021070401），以及固體表面物理化學國家重點實驗室的支持。

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