新闻网讯 近日，我校材料复合新技术全国重点实验室吴劲松教授、麦立强教授团队在无镍无钴钠离子电池正极材料研究方面取得新进展，研究成果以“Interlayer Superstructure Stabilized Oxygen-Redox Ni- and Co-Free Cathodes”为题，发表于Journal of the American Chemical Society（JACS）。吴劲松教授、麦立强教授为论文共同通讯作者，博士后夏凡杰为第一作者。

随着大规模储能技术的快速发展，开发兼具高容量、低成本和高稳定性的电池正极材料，成为新能源领域的重要研究方向。钠离子电池因资源丰富、成本较低而备受关注，但其高容量正极材料在高电压充放电过程中，往往会伴随氧的氧化还原反应不可逆、结构退化快和电化学性能衰减等问题，严重制约了其进一步应用。因此，如何提升氧氧化还原反应的可逆性与材料结构稳定性，是该领域亟待突破的关键科学问题。

针对上述难题，该研究设计并构建了两种具有相同带状有序超结构、但层间堆垛方式不同的无镍无钴锰基层状正极材料P2-R-NMO和P3-R-NMO。研究发现，决定氧氧化还原稳定性的关键因素不仅在于材料本征热力学性质，还与层间超结构密切相关。其中，P3-R-NMO所具有的“A-B-C”层间超结构，可显著增大活性氧结构基元O−□^Mn−O之间的空间分离，增强晶格抵抗层间滑移的化学—机械强度，从而有效抑制两相转变与锰迁移，保持氧氧化还原中心稳定，实现更高的可逆性。相比之下，采用“A-B”堆垛方式的P2-R-NMO更易发生层间滑移、P2到O2相变以及氧损失，导致性能快速衰减。

该研究首次实现了具有□^Mn−Mn带状有序超结构的P2和P3两类材料的可控制备，并系统揭示了层间超结构调控氧氧化还原化学和材料化学—机械稳定性的内在机制。相关理论还可进一步拓展至蜂窝有序等其他阴离子氧化物体系，为发展高稳定、高容量、低成本的新型储能正极材料提供了新的设计思路。

图1 P2-R-NMO与P3-R-NMO正极材料的层间超结构差异及原子尺度结构表征

图2 层间超结构对层间滑移和氧-氧化还原可逆性的影响

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c00236

文：夏凡杰、黄玲林；编辑：曹明；审核：胡泳