兼顾高倍率和长循环性能的钠离子电池层状正极材料P2-Na0.67Co0.5Mn0.5O2
钠离子电池因其资源丰富、价格低廉、循环周期长等诸多有优势，有望成为新一代的大规模储能体系。因此，钠离子电池吸引了越来越多的研究者。目前关于钠离子电池正极材料的报道已经很多，其中大部分的层状材料都面临着倍率性能不足和不可逆相变的问题，严重影响了钠离子电池的实用化进程。因此，探索倍率性能好，循环寿命长，结构稳定的高性能钠离子电池的正极材料，具有重要的战略意义。
近日，南开大学周震（点击查看介绍）课题组与中科院物理所胡勇胜课题组合作制备出一种新型P2型层状正极材料Na0.67Co0.5Mn0.5O2。这种材料具有良好的形貌特征，是由多层薄片平行堆积而成的六边形结构，更加有利于Na+的脱嵌。做为钠离子电池正极材料，在1.5-4.3 V的电压范围内最多可以提供146 mAh g-1的可逆容量，对应于0.56个Na+的脱嵌。在1C(170 mA g-1)的电流密度下可以稳定循环100周，容量稳定在130 mAh g-1，表现出了良好的循环稳定性。进一步对材料的倍率性能进行测试，结果发现该材料表现出了非常优异的大倍率性能，在30C的倍率下可以达到88 mAh g-1，非常适合当前快充的时代潮流。更重要的是，在该电流密度下，2000周循环过程中每周只有0.026%的不可逆容量损失。和目前已报道的文献相比，Na0.67Co0.5Mn0.5O2是在大倍率下循环最稳定的材料。基于这些优异的电化学性能，这种材料非常适合做长寿命型、动力型钠离子电池正极材料。
研究小组还通过原位XRD测试，对该材料在充放电过程中的结构变化进行表征。目前，普遍认为P2型层状材料在高于4.2V的截止电压下，会发生结构滑移，产生相变。然而，该材料在4.3V的截止电压下依旧保持了稳定的P2相。为材料能够稳定表现出优异电化学性能，提供了结构保障。
该研究成果发表在Journal of Materials Chemistry A, 2016, 4(28): 11103-11109.
该研究工作得到了国家自然科学基金委创新研究群体科学基金和教育部创新团队计划项目的支持。
该论文作者为：Yuan-En Zhu, Xingguo Qi, Xiaoqing Chen, Xianlong Zhou, Xu Zhang, Jinping Wei, Yongsheng Hu, Zhen Zhou
http://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2016/TA/C6TA02845D
A P2-Na0.67Co0.5Mn0.5O2 cathode material with excellent rate capability and cycling stability for sodium ion batteries
J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 11103-11109, DOI: 10.1039/C6TA02845D