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近日，我校宋明智博士与南开大学陈军院士、严振华教授团队合作，在国际知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》发表钠离子电池正极材料领域重要研究成果。论文第一作者为吴璟，宋明智博士、严振华教授、陈军院士共同担任通讯作者，研究成果为高稳定、快充钠离子电池的研发提供了新方案。
O3型层状氧化物正极材料因高比容量在钠离子电池中极具应用潜力，但狭窄的离子传输通道和电化学反应中的体积应力积累，导致其快充性能和长循环稳定性不佳，限制了实际应用。为解决这一核心问题，研究团队提出Cu²⁺与Ca²⁺双位点掺杂策略，将Cu²⁺引入过渡金属层、Ca²⁺引入碱金属层，对O3型层状氧化物进行定向层间调控。
通过扫描透射电子显微镜表征和密度泛函理论（DFT）计算证实，Cu²⁺的引入有效扩大了钠离子传输通道，减轻了氧重排并抑制Na⁺/空位有序化；原位 X 射线衍射结果显示，Ca²⁺能显著减轻电化学过程中的体积变化，维持材料结构完整性。最终制备的CuCa-NFM正极材料表现出优异性能，在10 C（2.4A g⁻¹）高倍率下放电容量达86.02 mAh g⁻¹，1C倍率下经过 300 次循环后容量保持率仍达80.64%，同时在低温环境下也展现出良好的稳定性。
该研究通过协同调控离子传输效率与晶格稳定性，成功破解了O3型层状氧化物快充能力与结构稳定性的权衡难题，为高能量密度钠离子电池正极材料的设计提供了新思路，对推动钠离子电池在混合动力汽车、启停系统等场景的应用具有重要意义。
文字来源：商贸物流研究所
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