骆文彬教授， AFM观点：多相橓铆结构的构建助力大功率长寿命层状氧化物正极材料

第一作者：刘振铎，高宣雯，穆建佳

通讯作者：骆文彬*

单位：东北大学

钾离子电池由于其低成本和低氧化还原电位等优势，在储能系统应用中受到了极大的关注。但在锰基层状正极材料的选择中，K⁺的低含量和较大的K⁺半径会导致容量衰减过快。本篇文章采用多相铆接结构的钠层状氧化物作为钾离子电池正极材料，讨论了其在离子交换过程中的相变以及K⁺在不同相之间的迁移取向性，进一步解释了其良好的储钾性能。本文为储能新技术提供了一种方向，有助于加速钾离子电池在储能领域的应用。

近日，来自东北大学的骆文彬教授，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Multiphase Riveting Structure for High Power and Long Lifespan Potassium-Ion Batteries”的观点文章，该观点文章报道了钠层状氧化物材料作为钾离子电池正极材料的可能性。

目前，钾层状氧化物面临着空气稳定性差和合成制备困难的问题，多相钾层状氧化物更是难以通过传统的固态烧结法合成，在本篇文章中通过XRD和TEM证明了采用固相烧结法成功制备了O3/P2/P3-Na_0.9[Ni_0.3Mn_0.55Cu_0.1Ti_0.05]O₂ (Tri-NMCT)。随后Tri-NMCT的多相铆接结构在Na⁺/K⁺离子交换的过程中被保留下来，这种多相铆接结构骨架为K⁺的嵌入提供了稳定的位点，并且在多相结构中P2相的存在有效抑制了在放电过程中P3相的相变。这表明了其优秀的储钾性能。

根据原位XRD的分析，在K⁺嵌入的过程中，P2相的衍射峰出现了明显的变化，由富钠P2相→富钾P2相→Na/K混合相转变。相反，富钠的P3相的结构很好的稳持下去，并且稳定的向富钾P3相转变。这确保了离子交换过程中的结构稳定性和优异的循环性能。

根据DFT计算分析，表明K⁺在嵌入的过程中，由于功函数的差异，在P2相和P3相的界面处，K⁺迁移存在方向性。此外，K⁺在P2相中的迁移势垒也小于P3相，这使得K⁺更易在P2相的位点中稳定存在。进一步解释了P3-O3相变抑制的原因，表明其优秀的储钾性能。

Multiphase Riveting Structure for High Power and Long Lifespan Potassium-Ion Batteries

骆文彬，东北大学教授，博士生导师，国家级高层次青年人才、辽宁省“兴辽英才”青年拔尖、沈阳市领军人才，东北大学冶金学院能源电化学与城市矿冶金研究所所长。2009年和2011年分别于东北大学获学士和硕士学位，2015年毕业于澳大利亚伍伦贡大学获博士学位。主要从事于能源转化及存储和催化剂构效关系及催化机理方面的基础研究。已在Advanced Materials, ACS Nano, Advanced Energy Materials, eScience, Advanced Functional Materials, ACS Catalysis，Nano Energy, Advanced Science, Journal of Energy Chemistry等权威期刊发表论文90余篇。