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东北大学伊廷锋教授团队《Compos. Part B-Eng.》：缺钠型O3相层状氧化物作为高性能的钠离子电池正极材料

时间：2022-04-23 来源：浏览：

东北大学伊廷锋教授团队《Compos. Part B-Eng.》：缺钠型O3相层状氧化物作为高性能的钠离子电池正极材料

原创化学与材料科学化学与材料科学

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微信号 Chem-MSE

功能介绍聚集海内外化学化工、材料科学与工程、生物医学工程领域最新科学前沿动态，与相关机构共同合作，发布实用科研成果，结合政策、资本、商业模式、市场和需求、价值评估等诸要素，构建其科技产业化协同创新平台，服务国家管理机构、科研工作者、企业决策层。

收录于合集

#钠离子电池 15 个

#正极材料 12 个

#层状氧化物 1 个

#NFCM电极材料 1 个

#O3-Na0.75Fe0.5-xCuxMn0.5O2 1 个

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过渡金属氧化物因其能量密度高、结构稳定性好、易于合成等优点而成为钠离子电池正极材料的研究热点。其中 P2 型氧化物因具有更大的钠层间距和更快的钠离子扩散速率而备受关注，但由于其初始容量低，阻碍了实际应用。 O3 型氧化物具有较高的初始钠含量和较高的充电比容量，但其在充放电过程中的一系列不可逆相变严重影响了该种材料的循环稳定性。因此，对层状氧化物进行合理的组分设计是提高钠离子电池正极材料性能的有效途径。

近日，东北大学伊廷锋教授课题组在 Composites Part B : Engineering 上发表题为 “ Sodium-deficient O3-Na _0.75 Fe _0.5- _x Cu _x Mn _0.5 O ₂ as high-performance cathode materials o f sodium-ion batteries ” 的研究性论文。该论文报道了一种钠缺乏的 O3 相 Na _0.75 Fe _0.5- _x Cu _x Mn _0.5 O ₂ （ N FCM ）层状氧化物用作高性能的钠离子电池正极材料。通过掺杂适量的铜离子不仅可以稳定晶体结构，还可以提供更高的放电比容量，抑制 O3 到 P3 的不可逆相变。本文利用非原位 X RD 和非原位 X PS 等手段研究了 N FCM 电极材料的钠离子存储机制及相变过程，证明了 Na _0.75 Fe _0. ₂ ₅ Cu _0.25 Mn _0.5 O ₂ （ NFCM-3 ）在循环过程中主要基于固溶反应。该缺钠型 O 3 相层状氧化物兼具 O3 相的高容量和 P2 相的良好稳定性的双重优点，为钠离子正极材料的设计提供了一种新的思路。

图 1 NFCM 材料恒电流间歇滴定曲线及钠离子扩散系数值。

图 2 电化学性能测试。 (a) 0.1C 下 NFCM 材料的初始充放电曲线及 (b) 循环性能曲线， (c) 0.1C 时 NFCM-3 材料的前 5 次充放电曲线， (d) 1C 时 NFCM 材料的循环性能，不同电流密度下 NFCM-3 材料的 (e) 充放电曲线及 (f) 倍率性能。

图 3 (a) NFCM-3 的非原位 XRD 谱图， (b) 对应的 GCD 曲线， (c-f) 不同衍射角度的山脉图， (g-j) 不同充放电状态的精修结果。

图 4 (a) 原始的 NFCM-3 材料及 (b) 充电至 4.1V 的 NFCM-3 的 ⁵⁷ Fe 穆斯堡尔谱图， (c) Fe2p ， (d) Cu2p 的 XPS 光谱， (e) 充放电过程中 NFCM-3 材料的结构变化示意图。

原文链接

https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2022.109912

作者简介

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伊廷锋 教授，现为东北大学研究生院秦皇岛分院党委书记兼院长、学科建设处处长。先后入选安徽省技术领军人才、江苏省双创人才、河北省 333 人才工程第二层次人选、河北省普通本科院校教学名师、 2019 年度 Clarivate Analytics 材料科学领域和交叉领域 “Top 1% 审稿人 ” 、 World’s Top 2% Scientists 2020 榜单， 2019 年获河北省青年科技奖。担任《物理化学学报》编委、《 Rare Metals 》和《 Chinese Chemical Letters 》青年编委。主持国家自然科学基金项目 4 项，省部级项目 6 项，其他项目近 20 项。以第一 / 通讯作者身份在 Coordination Chemistry Reviews 、 Nano Energy 、 Nano Today 、 Energy Storage Materials 、 Science Bulletin 、 Energy & Environmental Materials 等国际期刊发表 SCI 论文 160 余篇， H 因子为 45 ，他引 6000 余次， 22 篇论文入选 ESI 高被引论文数据库， 3 篇论文入选 ESI 热点论文数据库。授权第一发明专利 13 项，合作出版专著 4 部，其中，作为主编编著的《锂离子电池电极材料》一书入选化学工业出版社“中国制造 2025” 出版工程和 “ 十三五 ” 国家重点出版物出版规划项目，获 2020 年度化学工业出版社优秀图书奖。