我校物理科学学院李洪森教授课题组在Advanced Materials发表学术成果

新闻网讯 近日，我校物理科学学院李洪森教授课题组在研究双相结构对于钠离子电池层状氧化物正极材料的电化学影响以及其内在机理中取得重要研究进展。相关原创性研究成果以“Revealing the Nature of Binary-Phase on Structural Stability of Sodium Layered Oxide Cathodes”为题在国际顶级学术期刊《Advanced Materials》在线发表。硕士研究生刘仁斌、阿贡国家实验室Weiyuan Huang、硕士研究生刘杰为该文第一作者，李洪森教授为通讯作者，其他通讯作者还有美国阿贡国家实验室Khalil Amine教授和Tongchao Liu教授。这是李洪森教授课题组近半年来发表的第6篇国际顶级期刊学术研究成果（PNAS, 2023, 120, e2314362120、PNAS, 2024, 121, e2320030121、Angew Chem Int Ed,2024, 63, e202318444、Adv. Energy Mater., 2024,2400643、Nat.Commun., 2024,15, 3778）。

在众多钠离子正极材料体系中，层状过渡金属氧化物NaxTMO₂具备高电化学性能且易于合成，得到了研究者们广泛的关注。与单相NaxTMO₂材料相比，构建多相NaxTMO₂正极材料能够通过激发不同相结构之间的协同作用有效稳定材料的结构，降低材料相变的程度，从而提升材料的电化学性能。但由于多相材料其固有的结构复杂性，缺乏对相组成变化和高电压下循环结构稳定性之间的深度理解，需要进一步探索并了解多相协同作用的内在机理。在本工作中，研究人员制备了一系列用于钠离子电池的双相层状氧化物Na_xCu_0.1Co_0.1Ni_0.25Mn_0.4Ti_0.15O₂正极材料，通过物相表征、电化学测试、原位电化学表征和理论计算揭示了不同比例的双相结构对于材料高电压下结构稳定性的影响。与以往研究不同，该工作证实不恰当的双相结构可能比单相设计更具破坏性，合理的P2相和O3相比例对于维持材料结构稳定性和抑制不可逆相变至关重要。特别是，所研究的Na_0.76Cu_0.1Co_0.1Ni_0.25Mn_0.4Ti_0.15O₂正极材料，其P2:O3=4:6的相比例在高电压和深度脱钠状态下表现出了优异的循环稳定性和电化学性能。此外，研究还发现在充电补偿过程中，阴离子氧化还原反应先于镍的氧化还原反应发生。通过结合实验和理论计算，该文章为开发具有先进性能的钠离子电池正极材料提供了新的见解和策略。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202401048