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喬羽教授研究團隊在鈉離子電池正極材料結構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，進而構建起的Na-O-Li特殊構型能夠激發(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“復雜結構相變”到“不可逆結構畸變”的關鍵點。相關的共生結構演化過程中，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構可逆充放電區(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