科技日报记者 俞慧友 通讯员 丁德凤
3月31日，记者从湘潭大学获悉，该校化学学院刘黎教授团队，联合南京航空航天大学和南开大学科研团队，从晶体学对称性出发，提出了一种极具突破性的“面外对称性设计”结构，为高性能钠离子电池正极材料的设计提供了新范式。相关成果日前发表于国际顶级期刊《美国化学会志》上。成果为钠离子电池由实验室研究迈向实际应用与产业化发展提供了重要的技术参考。
钠资源的丰富性，使钠离子电池成为了大规模、经济高效储能中极具前景的选择。不过，钠离子电池在充放电过程中面临着复杂的相变和严重的电压滞后问题，极大限制了其实际能量密度和循环寿命。传统的改性策略多集中在对层状氧化物材料面内的金属离子掺杂或无序化设计，这往往难根治面外堆叠次序引发的结构失稳。
团队从晶体学对称性出发，揭示了钠离子电池在调控离子传输动力学与结构稳定性方面的内在关联机制，提出了一种极具突破性的“面外对称性设计”。他们通过在碱金属层中引入电荷歧化，巧妙地诱导了P3型层状氧化物材料发生单斜晶格畸变。这种畸变打破了原有晶体的对称性，构建了一种独特的面外对称性。不同于传统结构，这种新对称性允许P型和O型Na离子间隙位点共存，从而阻断了氧离子的长程有序滑移，有效抑制了有害相变的发生。
研究结果表明，该结构调控策略为高能效、低滞后钠离子电池正极材料的设计与研究提供了全新途径。基于该策略设计制备的层状氧化物正极材料（TS-NMNMCO）由于结构演化被有效抑制，材料100圈循环中的平均电压滞后仅0.16伏，同时具有高达每千克437瓦时的能量密度，在每克100毫安的电流密度下，200圈循环后容量保持率高达80.2%，远超用于对比的P3型层状氧化物正极材料。
刘黎表示，该研究成果的结构设计策略具备良好的普适性，有望拓展至其他层状电极体系，为高性能电极材料的理性设计提供新范式。
（受访者供图）
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