低成本、高性能的鈉離子電池研究，對于加快我國“雙碳”目標實現、促進可再生清潔能源的高效利用意義重大，而正極材料直接決定了鈉離子電池的安全性、能源密度、壽命等，因此針對高性能正極材料的研發至關重要。 近日，原子能院核物理研究所中子散射團隊設計出一種超結構有序的高性能P2相層狀金屬氧化物正極材料，研究結果發表于英國皇家化學會材料類國際知名期刊《Journal of Materials Chemistry A (材料化學A版)》 ，影響因子為10.7，文章第一作者為原子能院李正耀副研究員，通訊作者為原子能院孫凱研究員、陳東風研究員及上海大學寧芳華博士。

為解決P2型正極材料鈉離子擴散動力學，以及高電壓下P2-O2相變導致的快充能力與長循環壽命差等問題，研究人員在前期設計的超結構材料基礎上，首次通過三種元素位置選擇性摻雜策略，采用鈣、鋰和氟元素調控，研發出過渡金屬有序、鈉離子/空位無序的正極材料。

通過中子衍射，團隊發現新材料中元素形成了超晶格有序結構，這提高了材料的大電流充放電能力和結構穩定性。在12分鐘快充快放條件下，新材料可完成接近80%初始容量，在500次充放電循環后，仍具有超過80%的容量保持率。材料良好的性能來源于快速的鈉離子擴散動力學，以及超結構有序降低的帶隙寬度，為后續研發高性能層狀正極材料提供了理論與技術基礎。

材料快充快放性能分析及在充放電過程中的結構演化

此次成果也是中國先進研究堆全面開放應用的重要進展。利用中子衍射技術，研究團隊分別與北京科技大學、東北大學合作，發現了材料中的元素在結構中的分布及有序度變化，為解釋材料電化學性能提供了晶體結構數據。研究結果已發表在國際知名期刊《Advanced Functional Materials (先進功能材料)》(影響因子為18.5)與《Journal of Energy Chemistry (能源化學)》(影響因子為14.0)。