P2型富钠锰基层状氧化物因其在能量密度、功率特性和成本控制等方面的整体优势，使其成为钠离子电池正极材料中极具潜力的一类。然而，在深度脱钠（即高电压充电）时，受到源于六价高旋的Mn
3+
(t
2g
3
-e
g
1
) 的强Jahn-Teller畸变的影响，该类型正极材料易发生一系列复杂相转变（P2相→OP4相→O2相），从而导致结构坍塌与性能的快速衰减。通过金属阳离子掺杂来降低Mn
3+
浓度并调控Mn-O键长变化，是抑制Jahn-teller效应与P2-O2不利相变，提升电化学性能的有效途径。
尤其是近年来提出的低比例高熵掺杂策略，在实现无相变、“零应变”、高压稳定的正极材料领域展示了巨大的潜力。
近日，美国加州大学尔湾分校
忻获麟
教授团队，通过高熵掺杂策略，报道了一种组分为Na
0.667
Mn
0.667
Ni
0.167
Co
0.117
Ti
0.01
Mg
0.01
Cu
0.01
Mo
0.01
Nb
0.01
O
2
的新型正极材料（简称HE-NMNC），与未掺杂的母体材料Na
0.667
Mn
0.667
Ni
0.167
Co
0.167
O
2
（简称NMNC）具有相同的P2型相结构。其中，五种掺杂元素替代原有的Co元素，且其原子百分比均为1%。研究发现，当充电至4.5 V截止电压过程中时，
未改性的NMNC在充电深度（DOC）为60%左右时会发生快速的P2型相变
（A相到B相的转变，均为P2相）。相比而言，
在HE-NMNC中，P2型A相到P2型B相的转变电压范围更宽，从60% DOC持续到90% DOC
。作者通过X-射线衍射（XRD）精修进一步发现，HE-NMNC中的宽电压相变行为有助于降低该材料的晶格常数变化。得益于以上高熵阳离子掺杂的结构稳定效应，所优化的HE-NMNC正极材料在4.5 V截止电压下循环时，可实现高可逆容量（0.1 C倍率下容量为 197.9 mAh g
−1
），以及出色的循环稳定性（1 C条件下循环100圈后，容量为130 mAh g
−1
）和突出的倍率性能（5 C倍率下容量为111 mAh g
−1
）。
与传统报道的“延缓相变电压”机制不同，本文观察到一种“
拓宽相变电压范围
”的新型机制，为设计高电压稳定正极材料提供了新的设计思路。
该文章以“Extending phase-variation voltage zones in P2-type sodium cathodes through high-entropy doping for enhanced cycling stability and rate capability”为题，发表在国际知名期刊《
Materials Today Energy
》上。
值得一提的是，忻获麟教授课题组长期从事高性能二次电池正极材料的开发与机理研究。在阳离子掺杂改性电极材料性能方向发表过多项开创性工作，如（1）通过“高熵掺杂”手段首次实现了在高镍-无钴和低镍-无钴体系下“零应变”、长寿命正极材料的突破[Nature 2022, 610 (7930), 67-73; Nature Energy 2023, 8, 695–702]；（2）通过阳离子掺杂技术，首次提出并构筑了高熵结构与超晶格结构（锂/过渡金属有序排列）共存的层状氧化物钠电正极[Advanced Energy Materials, 2022, 2201989]。（3）通过活性三价元素（Co
3+
）和非活性单价元素（Li
+
）共掺杂策略，实现“零应变”（最大体积变化为0.53%）特性和完全固溶反应机制（无P2→OP4相变）的高压钠电正极[Angew. Chem.Int. Ed. 2023, 62, e202304628]。
精细（Rietveld）XRD结果表明，高熵掺杂钠离子电池正极（HE-NMNC）与P2型相（空间群：P63/mmc）匹配良好，没有杂质信号。其晶体结构示意图如图1b所示，其中钠原子占据棱柱形位，而过渡金属及掺杂元素位于过渡金属层上。像差校正扫描透射电镜（STEM）表征进一步表明，所制备高熵掺杂钠离子电池材料具有良好的P2相结构，材料内各元素分布均匀。
图2.
HE-NMNC正极在钠离子脱嵌过程中的电荷补偿机制。
本文采用硬线X射线吸收光谱（XAS）技术，研究了钠（脱）插层后过渡金属离子的价态变化及其电荷补偿机制。研究结果表明，在2.6-4.5 V电压区间，Co（Co
2+
/ Co
3+
）与Ni（Ni
2+
/ Ni
3+
/Ni
4+
）经历一系列的氧化还原过程，在2.6-1.5 V电压区间，主要发生Mn（Mn
3+
/ Mn
4+
）的氧化还原反应，上述过渡金属可逆电化学反应为该材料提供较高的可逆比容量。此外，经过50圈循环后，所制备材料保持了良好的结构及相变稳定性。
图3.
HE-NMNC电极在充放电过程中的结构演化。
为了解析钠在HE-NMNC中脱出后的详细结构演变，在1.5-4.5 V的充电过程中进行了非原位XRD及STEM测试。对于未改性的NMNC电极，其在60% DOC左右时会发生快速的相变（P2型A相转变至P2型B相），该相变行为可能是溶剂分子插层所致。相比而言，该P2型相变行为在高熵掺杂的HE-NMNC电极材料中则出现在更宽的电压区域（60% DOC-90% DOC），表明其相变过程更为缓慢。此外，STEM结果表明HE-NMNC正极在充电至4.5 V时，仍保持较好的P2相结构。的相变以上结果说明，高熵掺杂可以显著调控P2型钠离子电池正极材料在高电压区域的相变。
通过综合比较可逆容量、倍率性能、长期循环性能及离子传输速率等，本文研究了高熵掺杂阳离子掺杂对正极材料电化学性能的影响。如图4所示，相对于NMNC，所制备的HE-NMNC材料具有显著提升的倍率性能、循环性能，并具有较快的钠离子扩散动力学过程。HE-NMNC在5C条件下，可逆比容量高达111 mAh g
−1
，在1 C条件下经过100次循环可逆容量为130 mAh g
−1
，容量保持率为76.4%。
基于软线X射线吸收光谱(sXAS)，本文进一步研究了充放电过程中材料表相和体相的结构变化。分析可知，除了相变以外，阴离子氧的氧化还原行为是正极材料在高压下可逆比容量高及结构不稳定的另一原因。Ni L-edge结果表明，充电至4.5 V时，Ni的TFY及TEY的L3
high
比例升高，说明Ni的价态明显升高，此外Ni的表相价态（TEY L3
high
）相对于体相价态稍低。O K-edge结果表明，在高电压区域该P2相钠离子电池正极材料晶格氧发生氧化还原反应，这是该类材料具有较高可逆比容量的主要原因。
该工作通过高熵掺杂策略，开发出一种在高截止电压下具有高倍率特性和高循环稳定性的新型层状钠电正极材料。该结构设计有助于拓宽P2型可逆相变的相变电压窗口，降低材料在高截止电压下由钠离子脱出而引起的应力变化，还保证了突出的钠离子传输动力学，实现更高的电化学循环稳定性和倍率特性。
本文所观察到的“拓宽相变电压窗口”的新型机制为设计高电压电池正极材料提供了更多可能性。
Shaobo Ma (#), Peichao Zou (#), and Huolin L. Xin*, Extending phase-variation voltage zones in P2-type sodium cathodes through high-entropy doping for enhanced cycling stability and rate capability.
Materials Today Energy
, 2023, In press, DOI: 10.1016/j.mtener.2023.101446
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2468606923002022
忻获麟
正教授，康奈尔大学博士学位。2013年到2018年间，他在布鲁克海文实验室建立了三维原位表征课题组。2018年夏，转职于美国加州大学尓湾分校物理系并建立了以深度学习为基础的人工智能和能源材料研究组DeepEM Lab。忻获麟教授是电子显微学领域国际上的知名专家，是电镜行业顶级年会Microscopy and Microanalysis 2020的大会主席以及2019年的大会副主席，是NSLSII光源的科学顾问委员会成员，是布鲁克海文国家实验室的功能纳米材料中心和劳伦斯伯克利国家实验室提案审查委员会成员。他于2021年获得Materials Research Society的杰青奖（Outstanding Early-Career Investigator Award），Microscopy Society of America 的伯顿奖章（Burton Medal），UC Irvine的杰青奖（UCI Academic Senate Early-Career Faculty Award）；2020年获得能源部杰青奖（DOE Early Career Award）；获全球30 Climate Action 英杰奖；Clarivate全球高引。他在表征和清洁能源方面的研究受到政府和大型企业的关注。2018年至今四年时间，他作为项目带头人得到政府和企业界超过五百万美元的资助用于其课题组在绿色储能，电/热催化和软物质材料方向的研究。他是Nature, Nat. Mater, Nat. Energy, Nat. Nanotechnol., Nat. Commun., Sci. Adv., Joule, Nano Lett., Adv. Mater. 等众多期刊的审稿人。他从事人工智能电镜和深度学习、原子级扫描透射电镜以及能谱相关的理论和技术、高能电子隧道理论以及三维重构理论等方向的研究。除了理论和方法学的研究，他应用三维电子断层扫描术对锂电池、软硬物质界面、金属催化剂等多方面进行了深入的研究。其课题组发表文章超过300篇，其中在Science，Nature，Nat. Mater.，Nat. Nanotechnol.，Nat. Energy，Nat. Catal.，Nat. Commun.等顶级期刊上发表文章43篇（其中18篇作为通讯发表）。
马少博
，博士，毕业于哈尔滨工业大学化学工程与技术专业（导师：左朋建 教授）。博士期间曾赴美国加州大学尔湾分校物理系进行交流访问（2019.09-2020.09，导师：忻获麟 教授）。主要研究方向为新型高比能二次电池关键材料及器件开发、电化学反应机制及先进表征技术，包括碱金属-硫电池、锂/钠/锌离子电池电极及电解液材料、新型固态电解质等，共发表论文30余篇，H因子16。以第一/通讯作者在Materials Today Energy、Advanced Science、
Chemical Engineering Journal
、Carbon、Chemical Communications等期刊发表论文10余篇（1篇入选ESI高被引、HOT热点论文）。
邹培超
，加州大学尔湾分校博士后。2014年本科毕业于福州大学材料科学与工程学院，2019年7月博士毕业于清华大学材料学院（导师：杨诚，清华大学长聘副教授），博士期间曾在新加坡南洋理工大学数理学院进行交流访学（2017年11月至2018年5月，导师：范红金教授）。2019年9月至今于美国加州大学尔湾分校物理与天文学院从事博士后研究（导师：忻获麟教授）。主要研究方向为新型二次电池关键材料与器件开发、表界面机理分析、原位表征技术应用等，研究体系包含锂电池、钠电池和锌电池等。截至目前，共发表SCI论文60余篇，被引3700余次，H因子27。以（共同）第一/通讯作者在Materials Today Energy、Chemical Reviews、Nature Communications、Energy & Environmental Science、Angewandte Chemie International Edition、Advanced Energy Materials、Nano Letters、ACS Energy Letters、Electrochemical Energy Reviews等期刊发表论文20余篇（3篇入选ESI高被引论文）。合著文章发表于Nature、Nature Energy、Nature Nanotechnology、JACS、Advanced Materials等。获授权中国专利10项。曾获中国发明创新奖金奖（排名第五，2020年）、清华大学优秀博士学位论文（2019年）、北京市优秀毕业生（2019年）、研究生国家奖学金（2018年）等。
2024年中国钠电技术创新与产业化高峰论坛
同期同址：第四届中国固态电池技术创新与产业化应用研讨会
2024年4月17-19日
江苏.
常州
钠离子电池作为锂离子电池的有益补充，得到了国内外广泛研究。近年来，钠离子电池取得了高速发展。目前锂离子电池成本高及锂资源短缺等限制，钠离子电池有望以丰富的资源、低成本及高性价比在低速电动车、分布式储能及大规模储能领域获得广泛应用。钠离子电池与锂离子电池工作原理一致，生产工艺及设备相近，国内外已有数百家企业针对新型钠离子电池研发与制造。
有鉴于此，为了进一步推动我国钠电电池的研究创新和技术进步，及时了解钠电池最新相关研究成果和发展动态，尽早推广下游大规模应用，明确主要需求，加强行业交流，促进产学研协同创新，我们特别组织钠电池专题研讨会：
2024 年中国钠电技术创新与产业化高峰论坛
，会议将于
2024年4月17-19日
在
江苏.常州
举行。
会议邀请钠电池领域的知名研究院所、大专院校、相关企业及投融资机构代表参会，就钠电池的基础研究、关键材料、关键技术、关键装备及其标准等全产业领域展开探讨。共聚一堂，充分交流、集思广益、相互切磋，以期实质性促进我国固态电池和钠电池的进一步发展。
1）钠离子电池正负极材料的合成与制备技术现状和研究方向
2）
层状氧化物类、聚阴离子类、普鲁士蓝类
钠离子电池正极材料的技术研究进展
3）钠离子电池碳基负极材料（软碳、硬碳）的技术研究进展
6）钠离子电池非活性材料（隔膜、黏结剂、集流体）技术的研究进展
9）钠离子电池领域新型仪器的精密分析与探测技术研究
主要通过大会报告、交流报告、现场讨论的形式，欢迎相关企业和检测机构安排小型展览。会议期间还将组织演讲嘉宾或行业资深专家们与参会代表互动进行自由讨论。为了共同办好这次会议，热烈欢迎各相关企业、科研院所赞助本次研讨会。
会议注册费：
|
参会人员
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2月1日前 |
4月1日前
|
4
月
1日后以及现场
|
| 正式代表 |
2500元 |
2800元 |
3200元
|
|
在校学生代表
|
1500
元
|
1500
元
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1800元
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（学生代表注册时需凭学生证，包含本科生、硕士、博士）
注册费包含：会议费、资料费用等费用、不包含路费和住宿费，住宿要自订。
账户信息：
账
户信息
户名
：
深圳华清新材料科技有限公司
开户行：
中国银行股份有限公司深圳西丽支行
账号：
773174649949
付款时请注明“钠电池会议+单位名称”
开票注意事项：
增值税普通发票请提供单位名称及税号。
如果需要增值税专用发票，请提供单位名称、税号、地址、电话、开户行、账号，发送邮箱：
目前大会主办方正在征集与上述会议主题相关的论文，届时将出版会议论文集。欢迎广大科研工作者、工程及生产技术以及管理等相关人员踊跃投稿！
征文要求如下
：
1、每篇论文以5000字以内为宜，请注明作者姓名、单位名称、通讯地址及电话等联络方式；请用WORD文件撰写，并要求语言通顺、数据准确、图表清晰。
2、论文将由会议主办单位统一印刷出版，请务必于4月1日前将论文发电子邮件至主办方，邮件地址：
本次会议设置墙报展示环节，学术墙报内容以论文或摘要形式均可，欢迎广大博士生和研究生积极参与投稿。墙报具体要求如下：
1、墙报标准尺寸120cm（高度）×90cm（宽度）；
2、根据自己的喜好设计背景颜色；
3、内容包含摘要和必要的图示；
4、标题文字最好选择80号字左右，正文选择48号字左右，图注选40号字左右；
5、最终版本以PDF格式提交至组委会，组委会负责打印展示。
如需展示墙报请联系组委会。邮件地址：
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