具有低成本优势的钠离子电池近年来受到了广泛的关注。然而钠离子电池的实际应用仍然受到一些关键挑战，比如低的能量密度和未达到预期的成本，这些问题主要受限制于正极材料。高电压P2-Na_0.67Ni_0.33Mn_0.67O₂层状正极材料具有超过600 Wh kg^-1的理论能量密度，而被认为是实现高能量密度钠离子电池的良好选择。然而，该正极材料存在着快速的容量衰减，这限制了其实际应用。当前，针对该问题研究者已经做了一些关键的研究并取得了较好的进步，但仍存在高容量与高电压难以兼得的难题。

南京大学现代工程与应用科学学院郭少华、周豪慎教授课题组等人提出一种定制化的策略，即选用廉价且具有功效性的造岩元素（Mg-Al-Ti）进行多元微量掺杂，实现了该材料在兼备大容量和高压特性下的稳定循环。并且通过原位XRD、非原位的HRTEM、以及非原位XAFS探究了其充放电过程中电化学反应机理。设计的Na_0.67Ni_0.28Mg_0.04Al_0.02Mn_0.64Ti_0.02O₂表现出140.3 mAh g^-1的高可逆容量，并在50个循环后容量保持率仍高达89.0%。基于此, 组装的钠离子全电池实现了303.3 Wh kg^-1的高能量密度。此外，作者揭示了大体积相变导致的晶内裂纹和进一步副反应导致的层状结构向岩盐结构的转变可能是容量失效的关键原因。

定制化策略及其改善机制

该论文由现代工学院郭少华教授、周豪慎教授团队完成，以“A Customized Strategy Realizes Stable Cycle of Large-Capacity and High-Voltage Layered Cathode for Sodium-Ion Batteries”为题于2024年09月19日在线发表在国际知名期刊Angew. Chem. Int. Ed.上。南京大学现代工学院博士后彭波博士为论文第一作者，南京大学现代工学院郭少华、周豪慎教授为通讯作者。该项工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、江苏省自然科学基金委等的支持。

论文信息：

Title: A Customized Strategy Realizes Stable Cycle of Large-Capacity and High-Voltage Layered Cathode for Sodium-Ion Batteries

Authors: Bo Peng, Zihao Zhou, Ji Shi, Sheng Xu, Jie Yang, Chengrong Xu, Daxian Zuo, Jie Xu, Lianbo Ma, Shaohua Guo*, Haoshen Zhou*

Angew. Chem. Int. Ed.

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202411618