克日厦门大学化学化工学院杨勇教授课题组首次发现聚阴离子型钠离子电池正极质料中过渡金属离子迁移的现象。相关研究论文以“Counter-Intuitive Structural Instability Aroused by Transition Metal Migration in Polyanionic Sodium Ion Host”为题揭晓于能源类重要期刊Advanced Energy Materials, 2020, 2003256。
过渡金属离子的氧化-还原历程及其结构稳定性在可充碱金属离子电池的电极质料中起到极为关键的作用。
在两类主要的电池正极质料（聚阴离子型质料和层状氧化物质料）中过渡金属离子均起到构建质料结构框架、提供反映电子的作用其在框架中的结构稳定性亦对质料循环性能、容量、电压、宁静性的起着决议性的影响。过渡金属离子在层状氧化物质料晶格中的迁移问题已经引起了足够的重视。例如锂离子电池三元质料中普遍存在的Li/Ni混排导致层状向尖晶石或岩盐相的转换会阻塞Li离子的扩散；Mn离子的迁移则会在长循环后导致正极框架结构的破坏；在钠离子电池层状氧化物质料O3型NaFeO2中也视察到了过渡金属离子迁移的现象。与之相反聚阴离子型质料则通常被认为具有稳定的框架可以阻碍过渡金属离子在框架结构中的迁移。
杨勇教授课题组此前发现Na3VCr(PO4)3(NVCP)在低温下体现出比常温更优异的V3+/V4+/V5+多电子反映可逆性及循环稳定性（ACS Appl Mater Interfaces 2017, 9, 43632）。而现在所报道的电池正极质料均体现出常温比低温性能优异的现象因而NVCP的体现较为反常。
基于此杨勇教授课题组和美国阿贡国家实验室陆俊博士团队互助联合宽温区原位XRD、非原位X-射线吸收谱、软X-射线吸收谱、球差校正扫描透射电子显微镜等表征手段首次发现该反常现象源自NVCP中过渡金属离子V的迁移。
即电池在常温循环历程中由于部门V迁移到Na位导致Na扩散路径的堵塞和“诱导效应”的弱化从而导致电池性能的衰退。该研究进一步提出并证明晰过分嵌Na（即低压放电）可促使V离子迁回原位, 改善电池的性能。该研究将引起人们对聚阴离子框架中过渡金属离子稳定性及其对质料电化学性能影响的关注。
泉源：厦门大学
厦门大学化学化工学院杨勇教授、阿贡国家实验室陆俊教授为本文配合通讯作者。厦门大学2014级博士研究生刘瑞（已结业现事情于山东科技大学）和2013级能源质料化学协同创新中心直博生郑时尧（已结业现为美国宾州州立大学博士后）为配合第一作者。研究事情获得了国家自然科学基金（21761132030、21935009）及国家重点研发项目（2018YFB0905400、2016YFB0901502）等资助和支持。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202003256
论文链接
厦门大学杨勇教授研究团队恒久致力于聚阴离子型锂/钠离子电池正极质料及固体电解质质料的研究事情并通过联合原位同步辐射X射线衍射谱、X射线吸收光谱(Electrochimica Acta 2020, 351, 136454；ACS Appl Mater Interfaces 2017, 9, 43632；J Electrochem. Soc. 2017, 164, A3487；J Power Sources 2016, 327, 666；Chem. Mater. 2013, 25, 2014)实验室光源宽温区原位X射线衍射谱(J. Mater. Chem. A 2019, 7, 18081)、高分辨固体核磁谱(Chem. Mater. 2020, 32, 4998；Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 11918；Chem. Mater. 2014, 26, 2513；J. Mater. Chem. A 2014, 2, 1006)等结构和价态表征的先进表征手段对系列聚阴离子质料的充放电机理以及碱金属输运机制举行了深入系统的研究。
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