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钠离子电池作为锂离子电池的有益补充，不仅资源丰富、价格低廉，而且具有优异的综合性能，是支撑大规模储能领域发展的候选技术之一。近年来，钠离子层状氧化物（naxtmo2，tm为过渡金属离子）作为一种极具应用前景的正极材料得到了广泛研究。但是与锂离子层状氧化物正极相比，nao2层中na 半径较大，na -na 静电斥力较强，naxtmo2在充放电过程中会发生更多复杂的相变，从而对电化学性能产生不利影响。因此对钠离子电池层状材料的设计制备、组成优化和结构调控提出了更高的要求。

　　近十年来，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心胡勇胜团队在钠离子层状氧化物正极材料方向作了深入探索。例如，在国际上首次发现cu3 /cu2 氧化还原电对在层状氧化物p2-na0.68cu0.34mn0.66o2中具有电化学活性，且具有较高的平均工作电压（3.7 v）（chin. phys. b, 23 (2014) 118202），该发现表明钠离子电池正极材料可以使用cu元素来实现更好的性能以及更低的成本，基于这项基础研究的突破，设计和制备出低成本、环境友好的naxcuifejmnkmyo2 β系列可用层状氧化物正极材料, 其发明专利已在中国、美国、欧盟、日本同时获得授权（核心保护点为材料分子式naxcuifejmnkmyo2 β，m为对过渡金属位进行掺杂取代的元素包括li ，ni2 , mg2 , mn2 , zn2 , co2 , ca2 , ba2 , sr2 , mn3 , al3 , b3 , cr3 , co3 , v3 , zr4 ，ti4 , sn4 , v4 , mo4 , mo5 ，ru4 ，nb5 , si4 , sb5 , nb5 , mo6 ，te6 中的一种或多种；所述x, y, i, j, k, β分别为对应元素所占的摩尔百分比；其中x, y, i, j, k, β之间的关系满足y i j k=1且x my 2i 3j 4k=2(2 β);其中0.8≤x≤1; 0

　　近日，针对高熵材料中近乎等摩尔比的活性和非活性过渡金属离子组成显著降低材料的可逆比容量和其中昂贵和有毒性的钴和锑离子不利于材料的低成本化和可持续性的问题，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心怀柔研究部岗位博士后丁飞翔、容晓晖与陆雅翔副研究员和胡勇胜研究员合作，以o3-nani0.4fe0.2mn0.4o2（nfm424）正极材料为基底，通过替代二价镍和四价锰离子设计了高熵构型的nani0.25mg0.05cu0.1fe0.2mn0.2ti0.1sn0.1o2（heo424）正极材料。实验结果表明heo424为纯o3相，其显著扩宽的过渡金属层扩大了na 八面体-四面体-八面体的传输通道，导致较快的na 传输动力学；并且显著降低ni3 八面体的姜泰勒扭曲、na /空位有序无序转变和晶格参数变化。这些结构特征不仅使高熵heo424材料具有较好的倍率性能、优异的长循环稳定性，而且过渡金属离子溶解和晶间裂纹也得到了明显的抑制。通过热稳定性研究发现heo424材料具有更高的放热温度和更少的放热量，有利于钠离子层状氧化物热安全性的提升。

　　该研究成果以“using high-entropy configuration strategy to design na-ion layered oxide cathodes with superior electrochemical performance and thermal stability”为题发表在journal of the american chemical society上。本研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（xda21070500），国家自然科学基金项目（51725206，52122214，52072403），中国科学院青年创新促进会（2020006），中国博士后科学基金资助项目（2021m703460），北京市自然科学基金（2212022）的支持。

　　文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c02353

图1.heo424和nfm424样品的结构和形貌表征。

图2.首周充电过程中的结构演变机制。

图3.高熵正极材料实际应用评估

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