中国粉体网讯 钠离子电池正极材料按照组分不同主要分为3类：过渡金属氧化物、聚阴离子型化合物和普鲁士蓝类化合物，此外，还有氟化物类、有机化合物类等新型正极材料逐渐被广泛研究。
钠离子电池过渡金属氧化物正极材料依据其材料结构的不同可分为二维层状金属氧化物与一维隧道型金属氧化物。钠离子电池层状过渡金属氧化物（NaxMO2，M为Ni、Mn、Fe、Co和Cu等过渡金属元素）的理论比容量（240mAh/g）与实际比容量（200mAh/g）相对较高，此种材料中过渡金属元素原子与钠离子以一定的配位方式组成。Delmas等按照Na+的含量与配位方式将此种材料分为八面体型（O型）和棱柱型（P型），O型结构钠离子位于八面体中的空隙，P型结构钠离子位于棱柱中心的空隙。按照氧层的堆叠顺序，八面体型（O型）可分别分为O2、O3堆叠方式，常见的堆叠方式为O3型，这种构型中Na+离子含量高，因此初始容量也高，但倍率与容量保持率差。同理，棱柱型（P型）结构也可分为P2与P3型，P2型具有宽的钠离子传输通道与较低的离子迁移能垒，但由于其钠含量低，因而初始容量低，且极易发生由P2转变为O2的相变从而影响稳定性；P3型则有相对O3型较低的扩散能垒和较低的烧结温度，但其晶体结构对称性较差，钠离子脱嵌时过渡金属层滑移矢量多，会产生复杂的相变从而导致严重的容量衰减。
O型与P型层状氧化物结构示意图及相变过程
钠离子电池在充放电过程中由于正极材料结构改变引起的失效原因是研究钠离子电池正极材料改性的重要参考，掌握钠离子电池在充放电过程中的失效机制能够为其改性研究工作提供明确的方向和强有力的支持。目前，相对明确的失效机制除了上述的相变过程，还包括正极与电解液发生副反应、以钠离子/空位有序重排序为主的3种已知有序重排等。
随着研究的深入，层状氧化物正极材料的构效关系也逐渐明朗，依据构效关系与失效机制，研究人员采取了一系列的改性手段对层状氧化物正极材料进行修饰与改性，包括引入新的元素掺杂、多相复合和包覆与微观调控结构等手段取得了显著的成效，“阳离子势”、“高熵”概念的引入也为正极材料的优化提供了崭新的思路。
2023年8月，中国粉体网将在山城重庆举办“2023先进正极材料技术与产业高峰论坛暨第一届钠离子电池材料技术研讨会”。我们有幸邀请到华北电力大学的栗永利教授为我们带来题为《钠离子电池层状正极材料性能优化与失效机理研究》的报告。栗教授将针对P2相与O3相中复杂的相变、缓慢的钠离子扩散动力学、过渡金属迁移与溶解等关键科学问题，采用形貌调控、离子掺杂与高熵构型设计，改善材料微观和晶体结构退化特性，优化提升其电化学性能。通过原位XRD、原位XAS、HRNPD和nPDF等先进表征与DFT计算结合，揭示脱/嵌钠过程中复杂的动态相演化、电荷补偿机制、过渡金属迁移与材料失效机理。
栗永利，华北电力大学教授，博士生导师，清洁能源技术研究院院长，航天科工集团航天长峰首席科学家。入选国家重大人才工程、欧盟玛丽居里学者等。曾就职于德国卡尔斯鲁厄理工学院、法国国家科研中心、江苏省双创人才、爱尔兰斯托克斯研究所等。主要从事二次电池材料研发及系统集成、PEM电解槽极板设计制造以及微结构过程强化等方面的研究工作。
参考资料：
1、师文君等《钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料研究进展》
2、白晓宇等，《钠离子电池正极材料最新进展》
（中国粉体网编辑整理/长安）
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