【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，上海交大機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院燃料電池研究所章俊良教授團(tuán)隊(duì)在Journal of the American Chemical Society上發(fā)表題為“Constraining Interlayer Slipping in P2-Type Layered Oxides with Oxygen Redox by Constructing Strong Covalent Bonds”的研究論文，揭秘鈉離子電池正極在充放電過(guò)程中的晶格滑移機(jī)理。燃料電池研究所博士生蔡鑫胤為第一作者，章俊良教授、祖麗皮亞·沙地克副教授和復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系周永寧教授為通訊作者。
 

　　基于陰離子氧化還原的鈉離子電池正極材料能夠突破傳統(tǒng)正極的能量密度極限，但陰離子電荷補(bǔ)償引起的結(jié)構(gòu)不可逆相轉(zhuǎn)變卻對(duì)電極材料離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和充放電循環(huán)壽命帶來(lái)不利的影響。為此，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備新型P2-Na2/3Li1/4Sb1/12Mn2/3O2正極材料，通過(guò)利用Sb元素的強(qiáng)離子電勢(shì)構(gòu)建穩(wěn)固的Sb−O共價(jià)鍵，抑制充電過(guò)程中的晶格滑移，使電池正極材料在充電過(guò)程中只發(fā)生Z相轉(zhuǎn)變，緩解晶格層間應(yīng)力，降低Na離子擴(kuò)散勢(shì)壘，實(shí)現(xiàn)電池快充。
 

　　研究結(jié)合了多模態(tài)表征技術(shù)，通過(guò)球差電子顯微鏡將充放電過(guò)程中的Z相滑移可視化；利用同步輻射X射線(xiàn)吸收譜技術(shù)探究正極材料電荷補(bǔ)償機(jī)理，并揭示錳和氧原子周?chē)植拷Y(jié)構(gòu)的演變規(guī)律。為了評(píng)估電池的應(yīng)用潛力，研究團(tuán)隊(duì)將Sb元素修飾的正極材料組裝成軟包電池，基于正極的能量密度高達(dá)487 Wh kg−1，輸出電壓可達(dá)3.4 V，在實(shí)驗(yàn)室成功點(diǎn)亮LED燈帶。
 

　　綜上所述，研究通過(guò)引入強(qiáng)離子電勢(shì)的Sb元素對(duì)鈉離子電池正極材料摻雜修飾，抑制充電過(guò)程中的晶格滑移，提高材料層狀結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，構(gòu)筑穩(wěn)定的離子擴(kuò)散通道，實(shí)現(xiàn)電池快充。該研究聚焦鈉離子電池層狀氧化物正極材料在陰離子氧化還原過(guò)程的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，揭示了充放電過(guò)程中正極結(jié)構(gòu)相轉(zhuǎn)變規(guī)律和氧原子電子結(jié)構(gòu)變化之間的內(nèi)在聯(lián)系，為開(kāi)發(fā)高比能鈉離子電池正極材料提供了重要的思路。
 

　　該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助。