材料科学与工程学院在钠离子电池正极材料领域取得重大研究进展

新闻网讯 因受锂、钴等资源的限制，锂离子电池在大型储能领域应用面临严峻挑战。钠资源丰富，可以说取之不尽用之不竭，因而钠离子电池近几年获得快速发展。近日，能源与环境材料研究院张建生博士后（合作导师赵修松教授）在钠离子正极材料研究方向取得突破性进展，发明了一种通过控制反应物化学计量比的简单方法制备具有钠离子超导体（NASICON）结构的聚阴离子类钠离子电池正极材料Na₃TiMn(PO₄)₃，相关工作在美国化学会期刊ACS Energy Letters（影响因子19.003）上发表(doi/10.1021/acsenergylett.1c00426)。

Na₃TiMn(PO₄)₃因锰离子的高电压氧化还原电对具有极大实用前景。然而，该材料在充放电过程中存在严重的电压滞后现象，降低了材料的储钠性能和电池能量密度。在本工作中，作者提出了在Na₃TiMn(PO₄)₃中钠离子/锰离子之间的混排是导致电压滞后现象的根本原因，通过实验证明了这一想法。发现通过在反应物中加入过量钠能有效抑制离子混排，从而极大改善了该材料的储钠性能。与使用化学计量比合成的样品相比，电池的能量效率由85%提升至95%。此外，使用这种非化学计量比合成的材料还展现出稳定的充放电循环性能，经2000次循环，储钠容量衰减低于9%，这是目前已报道的锰基聚阴离子类钠离子电池正极材料的最优值。本工作为钠离子电池的商业化提供了一种简单、低成本的正极材料制备方法；同时，该方法也为改善其它聚阴离子类二次电池正极材料提供了一种崭新路线。