钠离子电池由于钠资源丰富且成本低廉，近年来成为备受关注的下一代二次电池体系，尤其在大规模储能领域有着广阔的发展前景。然而，钠离子电池动力学较差且能量密度较低。正极材料对钠离子电池的电化学性能影响显着，尤其是能量密度。因此，开发具有高效稳定储钠能力的正极材料至关重要。
过渡金属层状氧化物正极材料由于容量高，制备简单，是目前最有希望实现商业化的正极材料之一。相比于O3型材料，P2型层状氧化物由于钠离子采取三棱柱的占位方式，钠离子传输通道更为宽阔，且由于钠离子在其结构中脱嵌是以直接扩散的方式，因此P2型正极材料充放电过程中结构稳定性更好。目前制约P2型正极材料性能的最大问题是高电压区域的P2→O2相变以及低电压区的钠离子空位有序重排，这会使得此类材料容量衰减严重且倍率性能较差。为解决这一问题，先前的研究所采取的策略通常包括阳离子掺杂和限制电压范围来消除相变，因而提高循环寿命。但同时也减少了容量。因此，开发具有高比容量且无相变的P2相层状正极具有重要意义。近日，马里兰大学王春生教授团队和南开大学焦丽芳教授团队合作设计合成了高钠含量全固溶体反应的P2相层状正极材料（P2-Na0.85Li0.12Ni0.22Mn0.66O2），该材料展现出来高的可逆比容量和优异的倍率性能。
研究表明，P2-Na0.85Li0.12Ni0.22Mn0.66O2优异的电化学性能主要归因于以下几个方面：(i) Li+、Ni2+和Mn4+的半径相差较小且费米能级相差较大，因此，非电化学活性的Li引入到过渡金属层后不仅可以抑制了Na+/空位有序重排，同时在深度充电态时也有利于稳定材料结构。(ii) 根据电荷守恒定律，单价阳离子Li+有助于得到结构稳定的高钠含量P2相材料。高的钠含量（0.85）一方面可以提供充足的Na+来进行电化学反应，另一方面在深度充电态时会使相对多的Na留在钠层从而抑制了P2→O2/OP4的相变。(iii) 全固溶体无相变的反应机制使得材料充放电前后晶胞体积变化仅为1.7 %，钠离子扩散系数为10-11-10-10 cm2s-1，钠离子扩散活化能为320 meV。高的钠含量和全固溶体的反应机制为发展高性能P2相正极提供了研究思路。论文信息：
Ting Jin†, Peng-Fei Wang†, Qin-Chao Wang, Kunjie Zhu, Tao Deng, Jiaxun Zhang, Wei Zhang, Xiao-Qing Yang, Lifang Jiao,* Chunsheng Wang*
Realizing Complete Solid-Solution Reaction in aHigh Sodium-ContentP2-Type Cathodefor High-Performance Sodium-Ion Batteries
Angewante Chemie International Edition. DOI:10.1002/anie.20972.
原文链接:/doi/10.1002/anie.20972
