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

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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_0.75Fe_0.5-xCu_xMn_0.5O₂ as high-performance cathode materials of sodium-ion batteries”的研究性论文。该论文报道了一种钠缺乏的O3相Na_0.75Fe_0.5-xCu_xMn_0.5O₂（NFCM）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XRD和非原位XPS等手段研究了NFCM电极材料的钠离子存储机制及相变过程，证明了Na_0.75Fe_0.25Cu_0.25Mn_0.5O₂（NFCM-3）在循环过程中主要基于固溶反应。该缺钠型O3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⁵⁷Fe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。

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