中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來(lái)，二次電池（又稱可充電電池或蓄電池）這一能實(shí)現(xiàn)電能與化學(xué)能轉(zhuǎn)化的新型儲(chǔ)能技術(shù)，在新一輪能源變革中受到廣泛關(guān)注。其中，鈉離子電池資源儲(chǔ)量豐富、成本低廉，然而其性能受到可用電極材料，尤其是以層狀氧化物材料為主的正極材料的限制。
鈉離子層狀氧化物具有O（Octahedral，八面體）和P（Prismatic，三棱柱）兩種構(gòu)型，其中最常見(jiàn)的兩種結(jié)構(gòu)分別為O3和P2（數(shù)字代表氧最少重復(fù)單元的堆垛層數(shù)）。
這兩種結(jié)構(gòu)的層狀氧化物作為鈉離子電池的正極材料各有優(yōu)勢(shì)，一般而言，O3相正極材料具有較高的容量，適用于低速電動(dòng)車(chē)、大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域；P2相正極材料具有優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能，在充電樁、調(diào)頻、數(shù)據(jù)中心等快充場(chǎng)景應(yīng)用更具優(yōu)勢(shì)。
研究團(tuán)隊(duì)成員、中科院物理所研究員胡勇勝告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“在實(shí)際工業(yè)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中，如果能提前設(shè)計(jì)材料構(gòu)型，便能精準(zhǔn)適配和打造最優(yōu)結(jié)構(gòu)的鈉離子電池化學(xué)體系，大大提高研發(fā)效率。”
2016年，中科院物理所博士戚興國(guó)創(chuàng)新性地引入等效半徑（即加權(quán)半徑，是將過(guò)渡金屬的半徑乘以該過(guò)渡金屬的含量）的概念來(lái)預(yù)測(cè)堆疊機(jī)構(gòu)，為該課題研究首開(kāi)思路。
在后續(xù)研究中，胡勇勝團(tuán)隊(duì)在總結(jié)不同系列層狀氧化物結(jié)構(gòu)參數(shù)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：O3和P2兩種結(jié)構(gòu)材料的Na層間距（d(O-Na-O)）和M層間距（d(O-M-O)）的比值有一個(gè)臨界值1.62，比值高于1.62通常形成P2相，低于1.62易形成O3相。通過(guò)提高鈉含量可獲得O3相；反之，可獲得P2相。
基于此，胡勇勝團(tuán)隊(duì)引入“陽(yáng)離子勢(shì)”，來(lái)表示陽(yáng)離子電子密度及其極化率程度，捕捉層狀材料的關(guān)鍵相互作用，使預(yù)測(cè)堆積結(jié)構(gòu)成為可能。通過(guò)合理設(shè)計(jì)和制備具有改良性能的層狀電極材料，證明了堆疊結(jié)構(gòu)決定材料的特性，為堿金屬層狀氧化物的設(shè)計(jì)提供了有效解決方案。
（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/Betty）
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