材料科学与光电技术学院 中国科学院大学材料科学与光电技术学院

材料学院刘向峰课题组在钠离子电池正极材料研究方面取得重要进展

作者：孔伟进

钠离子电池正极材料由于所含元素在自然界储量丰富，尤其是铁锰基正极材料更是具备较大的低成本，环境友好等优势，被认为是在慢速电动车以及大型储能设备领域最有可能取代锂离子电池的优选材料之一，具备极大的商业化潜力，目前已崭露头角，特别是对P2相钠离子电池正极材料Na_0.67Mn_0.5Fe_0.5O_2。目前在材料中的阴离子氧化还原化学（O^2-→O^-）反应成为一大热点，引起了研究者的广泛关注。但是如何调节阴离子氧化还原反应仍然具有很大的挑战性。

材料学院刘向峰教授课题组提出了一种通过集Li₂SiO₃包覆、Li掺杂和Si掺杂三方优点的协同策略对正极材料Na_0.67Mn_0.5Fe_0.5O₂中阴、阳离子氧化还原反应的活性和可逆性进行了调控。改性后正极材料的初始容量、倍率性能和循环稳定性都得到了显著改善。结合中子衍射、同步辐射X射线吸收谱、原位X射线衍射、电子顺磁共振、第一性原理计算等手段深入揭示了调控机理。此工作在阴、阳离子氧化还原化学调控机理的研究方面对其它氧化物正极材料的设计也具有一定的指导意义。该研究成果发表在中国科学系列杂志Science China Materials上(Tuning Anionic/Cationic Redox Chemistry in P2-Type Na_0.67Mn_0.5Fe_0.5O₂ Cathode Material via a Synergic Strategy. Sci China Mater 2020, 63(9): 1703-1718)，论文第一作者是刘向峰教授课题组博士生孔伟进同学。

图1 Li₂SiO₃包覆、Li掺杂和Si掺杂的协同改性策略作用机理

此工作得到了国家自然科学基金委、部门重大项目、国际合作计划、中国科学院战略重点研究计划、北京市自然科学基金委及中国科学院大学等经费支持。