中國(guó)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(guò)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(guò)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(guò)渡金屬氧化物（NaxMO2,，M為Ni,、Mn、Fe,、Co和Cu等過(guò)渡金屬元素）的理論比容量（240mAh/g）與實(shí)際比容量（200mAh/g）相對(duì)較高,，此種材料中過(guò)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(jiàn)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(duì)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(duì)稱性較差,，鈉離子脫嵌時(shí)過(guò)渡金屬層滑移矢量多，會(huì)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(guò)程
鈉離子電池在充放電過(guò)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(guò)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(duì)明確的失效機(jī)制除了上述的相變過(guò)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(duì)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(yáng)離子勢(shì)”,、“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(guó)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(qǐng)到華北電力大學(xué)的栗永利教授為我們帶來(lái)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(duì)P2相與O3相中復(fù)雜的相變,、緩慢的鈉離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué),、過(guò)渡金屬遷移與溶解等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)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(guò)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(guò)程中復(fù)雜的動(dòng)態(tài)相演化、電荷補(bǔ)償機(jī)制,、過(guò)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(zhǎng),，航天科工集團(tuán)航天長(zhǎng)峰首席科學(xué)家。入選國(guó)家重大人才工程,、歐盟瑪麗居里學(xué)者等,。曾就職于德國(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院、法國(guó)國(guó)家科研中心,、江蘇省雙創(chuàng)人才,、愛(ài)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(guò)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(guò)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(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）
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