调控晶面应变提升钠离子高熵层状氧化物稳定性 | 进展

主要观点总结

本文研究了钠离子电池中正极材料的性能，特别是高熵层状氧化物正极材料的性能。文章指出，高熵材料在过渡金属层中可能产生严重的晶格应变，影响材料的结构完整性和电化学性能。为此，中国科学院物理研究所等团队设计了两种O3型高熵氧化物NCFMT和NCFMS，并研究了它们的结构特征和电化学性能。研究发现，NCFMT全3d过渡金属组成具有更好的结构-电化学兼容性，循环过程中的结构稳定性显著提高。此研究为钠离子电池的长寿命层状氧化物正极材料的开发提供了潜在解决方案。

关键观点总结

关键观点1: 高熵层状氧化物正极材料在钠离子电池中的应用及挑战

高熵层状氧化物正极材料在钠离子电池中展现出诸多优势，但存在晶格应变等问题，影响材料的结构完整性和电化学性能。

关键观点2: NCFMT和NCFMS两种高熵氧化物的设计与研究

中国科学院物理研究所等团队设计了NCFMT和NCFMS两种O3型高熵氧化物，并系统研究了它们的结构特征和电化学性能。

关键观点3: NCFMT和NCFMS的性能差异及机制

研究发现，NCFMT全3d过渡金属组成具有更好的结构-电化学兼容性，展现出优异的半电池和全电池循环稳定性。NCFMS由于所含过渡金属离子大小、质量和价电子构型不匹配导致晶格畸变，在循环过程中表现出金属离子的迁移、元素偏析和裂纹形成。

关键观点4: 研究的意义与资助情况

该研究为高熵氧化物正极材料的元素组成设计指明了方向，为开发适用于钠离子电池的长寿命层状氧化物正极材料提供了潜在解决方案。研究得到了多项国家和科学院的资助。

文章预览

钠离子电池中正极材料的性能直接影响了电池的循环寿命。 传统三元钠离子层状氧化物正极材料中可变价元素通常趋向于均匀分布以减小体系的能量，一旦发生氧化态的改变，局部结构就会发生变化而导致相变发生。在过往的研究中， 高熵层状氧化物正极材料展现出了诸多优势 ，但仍然存在一些尚未解决的关键问题，其中最为突出的是，在过渡金属层(TMO 2 层)中含有的不同过渡金属离子由于不同的离子质量、半径尺寸和价电子构型可能会导致材料内部产生严重的晶格应变。这种晶格应变不仅会影响材料的结构完整性，还可能导致电化学性能的退化。因此，在设计高熵材料时，合理的元素选择变得至关重要。需要开发出既能 有效抑制晶格应变 ，又能 最大化利用高熵效应以稳定材料结构 的设计策略。 本工作中， 中国科学院物理研究所/北京凝聚态 ………………………………