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庄卫东教授、肖必威教授,胡江涛教授,王冬牛研究员,AFM:O3型NaNi1/3Mn1/3Fe1/3O2的合成过程成相机制全景解析

庄卫东教授、肖必威教授,胡江涛教授,王冬牛研究员,AFM:O3型NaNi1/3Mn1/3Fe1/3O2的合成过程成相机制全景解析 科学材料站
2025-06-06
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导读:庄卫东教授、肖必威教授,胡江涛教授,王冬牛研究员,AFM: O3型NaNi1/3Mn1/3Fe1/3O2的合成过程成相机制全景解析



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文 章 信 息


第一作者:庞国耀,顾洋

通讯作者:庄卫东*,肖必威*,胡江涛*,王冬牛*

单位:北京科技大学,有研(广东)新材料技术研究院,深圳大学,苏州实验室、瓦时动力(广东)科技有限公司等

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研 究 背 景


O3型层状氧化物NaNi1/3Mn1/3Fe1/3O2(NMF)是一类极具潜力的钠离子电池正极材料。尽管其结构及电化学机制已有大量研究,然而对于其合成过程的系统性机制解析仍存在较大空白。本研究通过原位加热XRD、同步辐射STXM和电化学测试等手段,深入探讨了前驱体种类、钠源及颗粒尺寸等因素对相演变路径的影响,建立起以分解、扩散、相变和氧化为核心的合成机制全景图,为优化O3型正极材料的制备及性能提供了新思路。



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文 章 简 介


本工作由北京科技大学庞国耀等完成,联合有研(广东)新材料技术研究院、深圳大学、苏州实验室等多个研究机构,系统研究了O3结构NaNi1/3Mn1/3Fe1/3O2在合成过程中的成相机制。通过对比氢氧化物、微米金属氧化物和纳米氧化物三类前驱体,以及Na2CO3、NaOH、NaHCO3三种钠源,揭示了不同路径下的相转变规律,并通过原位XRD和STXM手段分析了扩散和氧化行为对材料结构和性能的影响。



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本 文 要 点


1. 氢氧化物前驱体通过P3→O3固溶相变方式实现结构构建,由钠离子的均匀扩散调控,结构稳定,电化学性能优异。


2. 金属氧化物前驱体表现出逐步演化行为,Mn2O3首先形成P3结构,Fe2O3介导O3生成,NiO完成转变,成相前期由钠离子在氧化锰中的扩散决定,后期由Fe、Ni在P3结构中的扩散过程决定。


3. 减小前驱体颗粒尺寸虽不改变路径,但延迟相变起始温度,扩散受限明显。


4. 钠源分解温度影响Na+释放速率,从而调控P3-O3转变温度与机制。


5. STXM揭示Ni和Mn的氧化态在不同前驱体中分布不均,影响最终结构均一性与循环稳定性。


6. 氢氧化物样品展现最佳循环寿命与倍率性能,归因于其结构的均匀性和可逆性更好。



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文 章 链 接


https://doi.org/10.1002/adfm.202505824



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通 讯 作 者 简 介


庄卫东教授简介:工学博士,博士生导师,国家“万人计划”科技创新领军人才,首批“新世纪百千万人才工程国家级人选”,国务院政府特殊津贴专家。北京科技大学“稀贵金属绿色回收与提取”北京市重点实验室主任,兼任中国稀土学会发光专业委员会副主任、中国物理学会发光分会理事、中国金属学会熔盐委员会委员、Rare Metals编委、Journal of Rare Earths编委、International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials编委。主要从事能量转换与存储材料及其循环利用方面的研究,先后承担国家863、973等20余项重要科研课题,发表SCI收录论文200余篇(单篇最高他引1000余次),授权国内外发明专利60余项,获中国有色金属工业科学技术一等奖4次、二等奖3次,获第十三届中国专利优秀奖和2010年度百件优秀中国专利。


肖必威教授简介:有研(广东)院钠离子电池研发中心主任,瓦时动力(广东)科技有限公司首席科学家,毕业于加拿大西安大略大学孙学良院士课题组,随后在美国西北太平洋国家实验室先后担任博士后和材料科学家。在Adv. Mater.、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、Natl. Sci. Rev.、Nature communications等高水平期刊共发表论文90余篇,授权中国专利5件。论文共计引用8000余次,H因子44。获“中国有色金属学会会杰出青年工程师奖” 、“中国材料研究学会青年科技奖”等。在国内外会议、论坛共作口头报告50余次。担任Joule, Nature Communication等期刊独立审稿人、广东省科技厅“新型储能技术路线图”编制专家、美国化学会(ACS)2021年春季会议电池分会场承办人。



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第 一 作 者 简 介


庞国耀:瓦时动力(广东)科技有限公司总经理。

【瓦时动力(广东)科技有限公司简介】

瓦时动力(广东)科技有限公司成立于2024年10月,是由中国有研科技集团引进海外院士团队并成功孵化的新能源企业,专注于高安全、长寿命、低成本钠离子电池及核心材料的研发、生产与销售。公司聚焦O3、P2型层状和聚阴离子正极材料,同时为国内独家各类正极补钠剂供应商。推出的“猛士”系列电池具备容量高、成本低等优势。团队由院士、国家级科技人才组成,研发与产业化能力强,已建成千吨级产线,签约多家客户并获取大量订单。瓦时动力致力于推动钠电池商业化,加速其在储能与动力等领域的应用,助力实现“双碳”目标,诚邀产业链伙伴共创“钠”电未来。


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