中國粉體網(wǎng)訊 在鈉離子電池正極材料中,，錳基層狀正極材料因價(jià)格低廉、電化學(xué)性能優(yōu)異,、工作電壓高等優(yōu)勢成為了最熱門的材料之一,。但錳基層狀正極材料在脫嵌鈉過程中會(huì)發(fā)生有害的相變從而導(dǎo)致鈉離子電池循環(huán)性能欠佳。
針對上述問題,，科研工作者進(jìn)行了一系列的改性工作,，包括引入新元素?fù)诫s、制備復(fù)合型正極材料,、表面包覆,、微觀結(jié)構(gòu)調(diào)控等。其中新元素?fù)诫s能夠在一定程度上對層狀金屬氧化物的層間結(jié)構(gòu)起到支撐與穩(wěn)定的作用,，并通過引入離子可適當(dāng)提高材料的比容量,。當(dāng)前已有的摻雜體系包括過渡金屬元素?fù)诫s與非金屬元素?fù)诫s。
過渡金屬元素?fù)诫s主要包括鎂、鈦和銅等,，不同的金屬離子承擔(dān)不同的改性作用,，材料通過形成金屬-O鍵等化學(xué)鍵作用于自身結(jié)構(gòu)。此外,，高熵合金正極材料（HEO）因其優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性近年來逐漸受到關(guān)注,。多種過渡金屬氧化物構(gòu)成的純相結(jié)構(gòu)在充放電過程中高度可逆地發(fā)生P2與O3結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，進(jìn)而獲得了良好的循環(huán)穩(wěn)定性,。不同的過渡金屬離子在材料中發(fā)揮不同的功能,，部分過渡金屬離子（如Ni2+、Cu2+,、Fe3+和Co3+）提供了額外的電荷補(bǔ)償,，使材料的比容量提高，部分過渡金屬離子（如Mg2+,、Ti2+）起到了穩(wěn)定主體的作用,，部分過渡金屬離子（如Sn4+和Sb5+）可以提高材料的平均電壓。
（a）不同充放電電壓區(qū)間的循環(huán)性能,；（b）未引入摻雜元素的層狀材料,；（c）常規(guī)摻雜元素；（d）引入高密度納米沉淀相構(gòu)建三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有效抑制開裂
非金屬元素?fù)诫s主要包括硫,、氟和氯等,，通過取代部分晶格氧以提高電化學(xué)性能,；硼元素通過與氧形成強(qiáng)共價(jià)鍵作用來改善材料電化學(xué)性能,。
此外,，雙元素?fù)诫s由于元素間的協(xié)同作用可以達(dá)到更好的改性效果。例如,，郭玉國團(tuán)隊(duì)Mg2+和Cu2+共同替代Ni2+合成了多層定向堆積的Na2/3Ni1/6Mn2/3Cu1/9Mg1/18O2納米片,。Mg–Cu共摻雜將準(zhǔn)固溶反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻^對固溶反應(yīng)，提高了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,，該正極在5C的電流密度下循環(huán)500周后容量保持率為81.4%,。章根強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合成了[Na0.67Zn0.05]Ni0.18Cu0.1Mn0.67O2正極，其中,，Cu2+摻雜在過渡金屬層的2a位點(diǎn),，起到穩(wěn)定過渡金屬層的作用，而Zn2+進(jìn)入Na層,，起到支柱作用,，穩(wěn)定高電壓下P2相結(jié)構(gòu)，抑制相變和裂紋產(chǎn)生,。該材料在10C的電流密度下循環(huán)2000周后容量保持率為80.6%,。更為重要的是，由該正極和商業(yè)化的硬碳負(fù)極組裝的鈉離子全電池器件可以實(shí)現(xiàn)225.1Wh/kg的能量密度，同時(shí)保持了較長的循環(huán)壽命,，體現(xiàn)了較好的實(shí)際應(yīng)用潛力。
2023年8月,，中國粉體網(wǎng)將在山城重慶舉辦“2023先進(jìn)正極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨第一屆鈉離子電池材料技術(shù)研討會(huì)”,。我們有幸邀請到蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院的李世友副院長為我們帶來題為《鈉電過渡金屬氧化物正極材料相變機(jī)制研究及其改性策略》的報(bào)告。在本報(bào)告中,，李院長將基于錳基層狀正極材料脫嵌鈉過程中發(fā)生有害相變導(dǎo)致循環(huán)性能欠佳的問題,，探索相變機(jī)理以及相變對電化學(xué)性能影響，并通過非原位F,、原位Mg雙摻雜改性的協(xié)同作用有效地改善層狀氧化物正極材料的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性,。
李世友，蘭州理工大學(xué)教授,，博士生導(dǎo)師,，石油化工學(xué)院副院長。甘肅省“飛天學(xué)者”特聘教授,，隴原青年英才,，隴原青年創(chuàng)新人才，中科院“西部之光”培養(yǎng)計(jì)劃入選者,，甘肅青年五四獎(jiǎng)?wù)�,、甘肅省高校青年教師成才獎(jiǎng)得者。兼任甘肅省低碳能源化工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任,、甘肅省鋰離子動(dòng)力電池正極材料工程實(shí)驗(yàn)室主任,、甘肅省鋰離子電池電解液材料工程實(shí)驗(yàn)室主任、青海省低溫鋰離子電池工程技術(shù)研究中心主任,。
研究方向聚焦于大型儲(chǔ)能鋰/鈉離子電池關(guān)鍵材料研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化技術(shù)開發(fā),、電極/電解液界面反應(yīng)機(jī)理探究、先進(jìn)功能型添加劑制備技術(shù)開發(fā)及電解液復(fù)配工藝研究等,。先后主持國家自然科學(xué)基金4項(xiàng),，省重大、省基金重點(diǎn)項(xiàng)目,、中央引導(dǎo)地方產(chǎn)業(yè)資金等省級課題10余項(xiàng),，并主持企業(yè)技術(shù)開發(fā)課題20余項(xiàng)。在Energy Storage Materials,、Journal of Energy Chemistry,、ACS Applied Materials&Interfaces、Carbon,、Journal of Materials Chemistry A等刊物上發(fā)表論文100余篇,，獲發(fā)明專利12件，轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)移4件。
參考資料：
1,、師文君等,，《鈉離子電池層狀過渡金屬氧化物正極材料研究進(jìn)展》
2、姜娜等,，《鈉離子電池 P2 相鎳錳基層狀氧化物正極材料的研究進(jìn)展》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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