中國粉體網(wǎng)訊 鈉離子電池正極材料按照組分不同主要分為3類：過渡金屬氧化物、聚陰離子型化合物和普魯士藍(lán)類化合物,，此外,，還有氟化物類,、有機(jī)化合物類等新型正極材料逐漸被廣泛研究。
鈉離子電池過渡金屬氧化物正極材料依據(jù)其材料結(jié)構(gòu)的不同可分為二維層狀金屬氧化物與一維隧道型金屬氧化物,。鈉離子電池層狀過渡金屬氧化物（NaxMO2,，M為Ni、Mn,、Fe,、Co和Cu等過渡金屬元素）的理論比容量（240mAh/g）與實(shí)際比容量（200mAh/g）相對較高，此種材料中過渡金屬元素原子與鈉離子以一定的配位方式組成,。Delmas等按照Na+的含量與配位方式將此種材料分為八面體型（O型）和棱柱型（P型）,，O型結(jié)構(gòu)鈉離子位于八面體中的空隙，P型結(jié)構(gòu)鈉離子位于棱柱中心的空隙,。按照氧層的堆疊順序,，八面體型（O型）可分別分為O2、O3堆疊方式,，常見的堆疊方式為O3型,，這種構(gòu)型中Na+離子含量高，因此初始容量也高,，但倍率與容量保持率差,。同理，棱柱型（P型）結(jié)構(gòu)也可分為P2與P3型,，P2型具有寬的鈉離子傳輸通道與較低的離子遷移能壘,，但由于其鈉含量低，因而初始容量低,，且極易發(fā)生由P2轉(zhuǎn)變?yōu)镺2的相變從而影響穩(wěn)定性,；P3型則有相對O3型較低的擴(kuò)散能壘和較低的燒結(jié)溫度，但其晶體結(jié)構(gòu)對稱性較差,，鈉離子脫嵌時過渡金屬層滑移矢量多,，會產(chǎn)生復(fù)雜的相變從而導(dǎo)致嚴(yán)重的容量衰減。
O型與P型層狀氧化物結(jié)構(gòu)示意圖及相變過程
鈉離子電池在充放電過程中由于正極材料結(jié)構(gòu)改變引起的失效原因是研究鈉離子電池正極材料改性的重要參考,，掌握鈉離子電池在充放電過程中的失效機(jī)制能夠?yàn)槠涓男匝芯抗ぷ魈峁┟鞔_的方向和強(qiáng)有力的支持,。目前，相對明確的失效機(jī)制除了上述的相變過程,，還包括正極與電解液發(fā)生副反應(yīng),、以鈉離子/空位有序重排序?yàn)橹鞯?種已知有序重排等。
隨著研究的深入,，層狀氧化物正極材料的構(gòu)效關(guān)系也逐漸明朗,，依據(jù)構(gòu)效關(guān)系與失效機(jī)制,，研究人員采取了一系列的改性手段對層狀氧化物正極材料進(jìn)行修飾與改性,，包括引入新的元素?fù)诫s,、多相復(fù)合和包覆與微觀調(diào)控結(jié)構(gòu)等手段取得了顯著的成效，“陽離子勢”,、“高熵”概念的引入也為正極材料的優(yōu)化提供了嶄新的思路,。
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”,。我們有幸邀請到華北電力大學(xué)的栗永利教授為我們帶來題為《鈉離子電池層狀正極材料性能優(yōu)化與失效機(jī)理研究》的報(bào)告,。栗教授將針對P2相與O3相中復(fù)雜的相變、緩慢的鈉離子擴(kuò)散動力學(xué),、過渡金屬遷移與溶解等關(guān)鍵科學(xué)問題,，采用形貌調(diào)控、離子摻雜與高熵構(gòu)型設(shè)計(jì),，改善材料微觀和晶體結(jié)構(gòu)退化特性,，優(yōu)化提升其電化學(xué)性能。通過原位XRD,、原位XAS,、HRNPD和nPDF等先進(jìn)表征與DFT計(jì)算結(jié)合，揭示脫/嵌鈉過程中復(fù)雜的動態(tài)相演化,、電荷補(bǔ)償機(jī)制,、過渡金屬遷移與材料失效機(jī)理。
栗永利,，華北電力大學(xué)教授,，博士生導(dǎo)師，清潔能源技術(shù)研究院院長,，航天科工集團(tuán)航天長峰首席科學(xué)家,。入選國家重大人才工程、歐盟瑪麗居里學(xué)者等,。曾就職于德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院,、法國國家科研中心、江蘇省雙創(chuàng)人才,、愛爾蘭斯托克斯研究所等,。主要從事二次電池材料研發(fā)及系統(tǒng)集成、PEM電解槽極板設(shè)計(jì)制造以及微結(jié)構(gòu)過程強(qiáng)化等方面的研究工作,。
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、白曉宇等,，《鈉離子電池正極材料最新進(jìn)展》
（中國粉體網(wǎng)編輯整理/長安）
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