AFM：激活P2-NaxMnO2层状正极阴离子氧化还原活性以实现无相变钠离子电池正极

第一作者：王丰，彭波

通讯作者：章根强*，张宏立*

单位：中国科学技术大学，合肥国轩高科动力能源有限公司，聊城大学

由于充足的资源和价格低廉的优势，具有与锂离子电池相似的物理化学性质的钠离子电池获得了极大的关注并在规模储能领域被寄予厚望。然而，当前钠离子电池的电化学性能受制于正极材料的发展。P2型Na_xMnO₂ 是钠离子电池正极的理想候选物。

然而，该正极存在几点瓶颈问题严重制约着其实际应用：

（1）该正极在充放电过程中会发生较为严重的P2-O2以及P2-P2’相变，导致结构退化。

（2）Mn³⁺/Mn⁴⁺氧化还原电对相对较低的氧化还原电势以及存在的Mn³⁺的歧化反应。

（3）该正极在第一圈充放电过程中存在严重的“缺陷相“行为（即放电比容量远大于充电比容量），这不利于其在实际条件下的应用。

基于此，来自中国科学技术大学的章根强教授团队，在国际知名期刊Advanced Functional Materials上发表题为“Activating Oxygen Redox in Layered NaxMnO₂ to Suppress Intrinsic Deficient Behavior and Enable Phase-transition-free Sodium Ion Cathode”的观点文章。该文章报道了一种Li、Cu共掺杂的Na_0.72Li_0.14Cu_0.15Mn_0.71O₂层状正极，研究了共掺杂对其结构和电化学性能的影响。

图1. Li、Cu共掺杂对其充放电过程中结构演变的影响和调制。

本文基于溶胶凝胶方法制备了Li、Cu共掺杂的Na_0.72Li_0.14Cu_0.15Mn_0.71O₂层状正极，方法简单、易于拓展。

要点二：电化学性能研究

改性正极显著提升了其循环稳定性，100 mA/g下循环150圈，容量保持率从30.4%提升至80.1%。此外，共掺杂正极提升了其倍率性能和输出电压。更重要的是，以该正极和商用硬碳负极组装的钠离子全电池器件可以实现225.1 Wh/kg的能量密度，同时在0.1C下循环50圈后容量保持率仍高达90.5%。

作者通过原位XRD表征了改性正极和未改性正极的原位结构演变。结果表明相比于未改性正极发生的P2-O2以及P2-P2’相变，改性正极有效抑制了其相结构转变，实现了无相变正极。

要点四：机理研究

作者通过非原位的X-射线光电子能谱以及原位拉曼测试研究了充放电过程中氧阴离子存在的氧化还原反应。验证了充放电过程中可逆的氧氧化反应是实现缺陷相行为改善、提高输出电压以及实现无相变结构的关键因素。

要点五：前瞻

本文不仅为设计高性能的P2-Na_xMnO₂层状正极提供了一种新的思路，同时推动了锰基层状正极的实际应用。

Activating Oxygen Redox in Layered NaxMnO₂ to Suppress Intrinsic Deficient Behavior and Enable Phase-transition-free Sodium Ion Cathode

章根强教授简介，中国科学技术大学化学与材料科学学院教授，微尺度物质科学国家研究中心双聘研究员，国家高层次人才计划入选者。致力于先进功能纳米材料的设计合成及其在能源存储与转换器件中的应用研究，近期主要围绕以下三个研究方向开展工作：

1. 新颖复合微纳结构在能源存储与转换器件中的应用研究，包括储能电池，电催化以及光催化等；

2. 先进纳米结构高性能电催化剂及其应用，包括电解水制氢，金属空气电池，燃料电池，二氧化碳还原以及电化学重整等；

3. 下一代新型储能器件相关的电极材料研究，包括钠离子电池，钾离子电池，混合电容器及双离子电池等。

目前在Sci. Adv., Nat. Commun., Adv. Mater., Angew. Chem. Int. Ed., Energy & Environ. Sci., Adv. Funct. Mater., ACS Nano, Energy Storage Mater., Appl. Catal. B Environ., 等学术刊物上发表100余篇研究论文，被引用约9300余次，H因子43。

王丰，中国科学技术大学化学与材料科学学院在读博士研究生，研究方向为钠离子电池电极材料。已在Adv. Mater.，Adv. Funct. Mater.等期刊发表多篇论文。

彭波博士，2022年于中国科学技术大学获得博士学位（导师章根强教授），现为安徽工业大学材料科学与工程学院资格教授。研究方向为钠离子电池关键电极材料的设计合成、机理研究。目前已在相关领域发表SCI论文二十余篇，其中以第一/共一作者在Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Energy Storage Mater., 等学术刊物上发表8篇研究论文。

1. 高性能锂/钠/钾离子电池、新型电池电极材料开发（1-2人）

2. 高性能电催化剂的设计合成、机理研究（1-2人）

应聘者将个人简历（包含学习和工作经历、所获成果列表），未来研究兴趣（邮件正文）及反映本人科研水平的发表论文或技术开发、获奖情况电子文档等发到邮箱gqzhangmse@ustc.edu.cn, 邮件主题请写“申请者姓名 + 应聘博士后”，经面试考核后择优录用。

课题组热情欢迎您的加盟！

具体介绍可以参见课题组链接：

中国科学技术大学章根强教授课题组：

华南理工大学康雄武教授课题组：

1. 已获得或即将获得相关专业博士学位，35岁以下（特别优秀者可放宽年龄）；

2. 态度积极、勤奋，责任心强，创新能力强，具有较强执行力，能在PI指导下独立开展工作；

3. 在国际重要学术期刊以第一作者或通讯作者至少发表过2篇学术论文；

4. 具有电池、电催化研究背景的申请人可优先考虑，有技术开发经验、原位表征和理论计算基础的优先考虑。

1. 按照中国科学技术大学博士后聘用规定享受相关待遇

2. 基础年薪20万元起（含合肥市五险一金及租房补贴），平台支持上不封顶。获学校“墨子杰出青年特殊津贴”一等资助，年薪35万元起；获二等资助，年薪25万元起;

3. 学校为博士后办理社会保险（基本养老保险、失业保险、基本医疗保险及医疗救助保险、工伤保险、生育保险）和住房公积金;

4. 博士后进站，子女可在科大附属幼儿园、附小、附中就学。幼儿园为孩子每日提供“三餐一点”（早、中、晚三餐和下午一次点心），免除家庭的后顾之忧;

5. 我校学术实力雄厚，氛围浓郁。在我校工作期间，学术视野和研究能力将会得到不断提升。同时，我校各类科研交流合作十分活跃，包括与境外学术机构。部分优秀人员可获得出国进修的机会。

6. 博士后期满考核优秀者，可申请学校的“特任副研究员”岗位。若在聘期内获得国家自然科学基金“优秀青年基金”，可转聘为固定岗位特任教授。

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工作地点：中国科学技术大学/华南理工大学（自由选择）

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