近日，溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院肖遙特聘教授團(tuán)隊(duì)在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)創(chuàng)辦的化學(xué)類(lèi)國(guó)際頂級(jí)期刊《Chemical Society Reviews》（中文名稱(chēng)《化學(xué)學(xué)會(huì)評(píng)論》，影響因子IF=46.2， SCI一區(qū)）上發(fā)表了題為《Routes to high-performance layered oxide cathodes for sodium-ion batteries（鈉離子電池高性能層狀氧化物正極之路）》的綜述性學(xué)術(shù)論文。這是我校首次以第一單位在《Chemical Society Reviews》發(fā)表學(xué)術(shù)文章。

據(jù)悉，《Chemical Society Reviews》是由英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)（Royal Society of Chemistry）出版，是國(guó)際化學(xué)領(lǐng)域最具權(quán)威和最有影響力的學(xué)術(shù)期刊之一，主要介紹國(guó)際化學(xué)科學(xué)研究的前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題，2023年影響因子為46.2。

鈉離子電池在智能電網(wǎng)以及大規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。其中，層狀過(guò)渡金屬氧化物正極由于成本低、合成簡(jiǎn)單，且具有相對(duì)較高理論比容量，成為最具潛力的鈉離子電池正極材料之一。但在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，層狀氧化物正極材料仍存在一些關(guān)鍵問(wèn)題：如較差的空氣穩(wěn)定性和不可逆的多相轉(zhuǎn)變等限制了鈉離子電池的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

針對(duì)上述問(wèn)題，溫州大學(xué)碳中和研究院肖遙團(tuán)隊(duì)從局域電子結(jié)構(gòu)調(diào)控和軌道雜化機(jī)制出發(fā)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)和探究高性能層狀過(guò)渡金屬氧化物正極材料：（1）提出“晶體應(yīng)變工程”的概念，并用于促進(jìn)三相異質(zhì)共生結(jié)構(gòu)層狀氧化物正極材料的相轉(zhuǎn)變；（2）通過(guò)局域化學(xué)與能級(jí)軌道雜化調(diào)控定制化構(gòu)筑了P2/O3異質(zhì)結(jié)構(gòu)層狀氧化物正極材料用于高倍率長(zhǎng)循環(huán)性能鈉離子電池；（3）提出“軟-硬異質(zhì)結(jié)構(gòu)”的概念，制備了具有陽(yáng)離子空位的超高穩(wěn)定軟-硬異質(zhì)結(jié)構(gòu)鈉離子電池電極材料；（4）基于對(duì)材料表界面修飾的研究中，提出原位尖晶石界面重構(gòu)的表面晶格匹配工程的概念，實(shí)現(xiàn)了尖晶石結(jié)構(gòu)對(duì)P2/P3異質(zhì)結(jié)構(gòu)的層狀氧化物正極材料精準(zhǔn)界面調(diào)控；（5）提出了一種通用的“內(nèi)外結(jié)合”策略，將微結(jié)構(gòu)工程與局域電子結(jié)構(gòu)調(diào)控相結(jié)合，有效調(diào)控晶粒的尺寸、抑制不可逆多相轉(zhuǎn)變、調(diào)控氧化還原電位和穩(wěn)定陰離子氧化還原反應(yīng)。

近期，其團(tuán)隊(duì)還通過(guò)組分設(shè)計(jì)調(diào)控TM層TM/Li的原子排列形式，指出富鋰錳基材料的電壓滯后與氧離子在低放電電壓（<3.6V）下的反應(yīng)活性有關(guān)，與是否發(fā)生層間TM遷移無(wú)關(guān)。此外，根據(jù)軌道雜化理論、第一性原理的計(jì)算以及先進(jìn)的表征技術(shù)，從宏觀(guān)尺度到微觀(guān)尺度探討了費(fèi)米能級(jí)（EF）區(qū)域附近的過(guò)渡金屬（TM）3d/4d軌道和O 2p原子軌道之間的雜化機(jī)制，為正極材料的設(shè)計(jì)和制備提供了思路。

基于以上研究基礎(chǔ)，肖遙團(tuán)隊(duì)撰文分析了層狀氧化物作為鈉離子電池正極在成本和資源方面的優(yōu)勢(shì)。此外，文章對(duì)層狀氧化物正極的空氣穩(wěn)定性、陰離子氧化還原概念的拓展進(jìn)行了展望，并探討了鈉離子電池在實(shí)驗(yàn)室研究與大規(guī)模生產(chǎn)中的融合問(wèn)題。考慮到成本效益，采用鐵/錳基材料體系被視為一種可行的策略。同時(shí)，文章就未來(lái)鈉離子電池的水系涂布及回收問(wèn)題進(jìn)行相關(guān)討論，旨在進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本、提升電池性能，推動(dòng)其在智能電網(wǎng)、工業(yè)儲(chǔ)能以及低速電動(dòng)汽車(chē)等領(lǐng)域的商業(yè)化和規(guī)?；瘧?yīng)用。

文章以“Routes to high-performance layered oxide cathodes for sodium-ion batteries”為題發(fā)表在Chemical Society Reviews期刊（IF=46.2， SCI一區(qū)）上。溫州大學(xué)為第一單位，博士后王靜強(qiáng)為第一作者。

原文鏈接： https://doi.org/10.1039/D3CS00929G