鈉離子電池性能的提升和應用，有助于太陽能等清潔能源的高效利用，而高性能的正極材料對鈉離子電池來說至關(guān)重要。近日，原子能院核物理研究所中子散射研究室在鈉離子電池研發(fā)方面取得新進展，提出了一種高效可行的鈉離子電池混合相正極材料的設(shè)計思路，合成的正極材料均展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學性能。該研究成果申請發(fā)明專利1項，并發(fā)表于國際學術(shù)期刊《ACS Applied Energy Materials》(《美國化學會應用能源材料》)。文章第一作者為核物理研究所碩士研究生胡旭峰，通訊作者為郭浩副研究員、孫凱研究員和陳東風研究員。

當前正極材料廣泛使用單相P2型和單相O3型材料，但是在高電壓時結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，難以同時兼顧超高比容量和優(yōu)異的循環(huán)壽命。研發(fā)P2/O3混合相材料，可以通過兩相的協(xié)同效應緩解或抑制高電壓時的結(jié)構(gòu)相變，從而提升材料的電化學性能。然而，目前的研究大多通過元素替代、溫度調(diào)控與微結(jié)構(gòu)設(shè)計等方法，逐步實現(xiàn)混合相材料的組分設(shè)計和性能提升，這是一逐步優(yōu)化的“試錯”模式，效率極低。

高性能混合相正極材料的設(shè)計思路

針對目前混合相正極材料研發(fā)效率低的問題，研究團隊提出了一種新的設(shè)計思路：選取兩種電化學性能優(yōu)異的O3型與P2型材料，并將兩種材料的化學式作為初始值;隨后以不同的摩爾比例混合兩個化學式，得到新的元素組成;然后通過高溫固相法，合成出不同的混合相材料。

團隊采用此方法設(shè)計合成出4種混合相正極材料，均擁有優(yōu)異的綜合性能。相比于單相P2型和單相O3型材料，混合相材料的最高比容量提升了25%，并且具有優(yōu)異的循環(huán)壽命和快充性能。利用中子衍射等手段，研究團隊精確測定了混合相材料中P2相與O3相的結(jié)構(gòu)和相比例，發(fā)現(xiàn)4種混合相材料在充電到高電壓時，發(fā)生的相轉(zhuǎn)變都是高度可逆的，因此具有高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和優(yōu)異的電化學性能。