罗绍华教授， CEJ：抑制P2-O2相变且空气稳定的Cu取代Na0.75Ni0.17Cu0.08Mn0.75O2正极

第一作者：郝国栋

通讯作者：罗绍华*

单位：东北大学，东北大学秦皇岛分校，河北省介电与电解质功能材料重点实验室

近年来，新能源汽车技术的快速进步和大规模储能解决方案的广泛应用导致对电池储能系统的需求大幅增加。钠离子电池（SIBs）具有资源丰富、工作原理与锂离子电池（LIBs）相似等优势，被认为是一种潜在且可持续的储能解决方案。具有高工作电压和高比容量的P2型Na_xNi_0.25Mn_0.75O₂正极材料存在着不可逆相变和Na⁺/空位有序化导致的容量快速衰减的挑战。本文重点研究了Cu取代在改善P2型Na_0.75Ni_0.25Mn_0.75O₂正极材料循环稳定性的关键作用。这种独特的取代机制为理解P2型正极材料的结构-性能关系提供了新的视角。

基于此，东北大学罗绍华教授课题组报道了Cu取代的Na_0.75Ni_0.17Cu_0.08Mn_0.75O₂正极，通过原位XRD、非原位XAS、XPS和DFT计算阐述了Na_0.75Ni_0.17Cu_0.08Mn_0.75O₂正极优异性能的潜在机理。本文以“Cu-substituted Na_0.75Ni_0.17Cu_0.08Mn_0.75O₂ cathode with suppressing P2-O2 phase transition and air-stable for high-performance sodium-ion batteries”为题发表在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上。东北大学材料科学与工程学院研究生郝国栋为第一作者，罗绍华教授为通讯作者。

P2型层状氧化物中Na⁺具有两种不同的位点：Nae位点和Naf位点，Nae位点的能量低于Naf位点，这意味Nae位点更容易被Na⁺占据，调控Naf/Nae比例能改善正极材料的电化学性能。Cu取代的正极材料Naf/Nae比例随Cu含量变化而变化，这表明Cu取代能有效调控Na占位。通过DFT计算了Cu取代对正极材料形成能的影响，结果证明具有最低Naf/Nae比例的Na_0.75Ni_0.17Cu_0.08Mn_0.75O₂正极具有最低的形成能。实验结合理论的方式证明了Cu取代改善结构稳定性的独特作用。

要点二：结构演变和电荷补偿机制

P2型Na_0.75Ni_0.25Mn_0.75O₂正极材料充电到4.0 V以上时会出现O2相的特征峰，这对循环性能的保持十分不利。Na_0.75Ni_0.17Cu_0.08Mn_0.75O₂正极的原位XRD证明在TM层中引入Cu能稳定循环过程中的P2相，有效地抑制P2-O2相变，显著提高了正极材料的循环性能。此外，通过非原位XAS表明Na_0.75Ni_0.17Cu_0.08Mn_0.75O₂正极具有高度可逆的氧化还原行为。

要点三：空气稳定性的提高

通过分析原始样品和Cu取代样品在不同湿度环境下的结构表明Cu取代样品在不同湿度环境下均保持了高度稳定的结构。此外，Cu取代样品表现出强大的抗容量衰减能力，这可以归因于充放电循环过程中 Cu²⁺/Cu³⁺ 氧化还原对的高工作电压。

Cu-substituted Na_0.75Ni_0.17Cu_0.08Mn_0.75O₂ cathode with suppressing P2-O2 phase transition and air-stable for high-performance sodium-ion batteries

罗绍华教授简介：东北大学材料科学与工程学院三级教授，博士生导师，东北大学秦皇岛分校资源与材料学院院长。教育部宝钢优秀教师奖获得者，河北省教学名师，河北省三三三人才工程二层次人选，河北省电介质与电解质功能材料重点实验室主任。1995年本科毕业于兰州大学材料科学专业，2007于清华大学材料科学与工程学院获得博士学位。主要从事面向能源存储的功能材料，冶金固废高值材料化利用，医用生物材料。

主持国家自然科学基金面上项目、河北省重点研发项目、河北省科技支撑计划项目、教育部中央高校基本业务费重大研究项目等10余项。在材料领域知名期刊发表SCI论文100余篇，H因子44, 包括Energy Storage Mater., Coord. Chem. Rev., Chem. Eng. J., J. Energy Chem. 等; 已授权发明专利36项，其中5项发明专利成功转让；作为第一完成人获教育部科技进步二等奖、中国有色金属工业科学技术奖（发明）一等奖等12项奖。担任科技部国家重点研发计划重点专项评审专家、中国有色金属学会新能源材料发展工作委员会委员、中国材料研究学会高级学员、中国化学学会高级会员、Inorganics期刊客座编辑。

东北大学材料科学与工程学院罗绍华教授课题组主要致力于能源转换与存储（锂/钠/钾/镁离子电池、金属空气电池、超级电容器）关键材料，医用材料，冶金行业大宗固态废弃物综合利用的研究。

宁静致远，自强不息。脚踏实地，追求卓越。欢迎有材料科学与工程、冶金工程、物理、化学背景的同学报考课题组博士研究生、硕士研究生。

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