第12卷第4期2023年4月Vol.12No.4Apr.2023储能科学与技术EnergyStorageScienceandTechnologyO3-NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2正极Na+传输动力学及相变机制周亚男，滑纬博，周德重（西安交通大学，陕西西安710049）摘要：钠离子电池因其成本低廉、环境友好且与锂离子电池工作原理相似，在大规模储能领域极具应用潜力。作为决定电池能量密度的关键组成部分，O3型钠基层状过渡金属氧化物因高容量、合成简单等优势在众多正极材料中脱颖而出。然而，Na+在O3结构中八面体位点间的迁移需克服较大的能垒，最终导致复杂反应相变的发生和容量快速衰减。因此，探究O3型正极材料电化学反应过程中Na+脱嵌行为与结构演变的构效关系对开发高性能正极材料至关重要。本工作以O3-NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2(O3-NFM)正极为研究对象，对其电化学性能、Na+传输动力学性质及相变机制展开了系统研究。电化学测试结果表明，O3-NFM在充电至高压(4.3V)时可脱出0.84molNa+，发挥约201.9mAh/g的比容量，但可逆性欠佳。当截止电压为4.0V时，该正极材料循环性能优异，原位XRD结果进一步证明了电化学反应过程中O3-P3/O3-P3-P3/O3-O3的可逆结构转变。循环伏安(CV)曲线和恒电流间歇滴定技术(GITT)结果表明其具有快速的钠离子扩散速率，从而表现出较好的倍率性能。本研究为探索以O3-NFM为基础的正极材料结构设计及性能调控提供了理论基础。关键词：钠离子电池；过渡金属氧化物；O3-NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2；原位XRDdoi：10.19799/j.cnki.2095-4239.2022.0705中图分类号：TQ152文献标志码：A文章编号：2095-4239（2023）04-1011-07UnderstandingtheNa+transportkineticsandphasetransitionmechanismofO3-NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2cathodematerialsZHOUYa′nan,HUAWeibo,ZHOUDezhong(SchoolofChemicalEngineeringandTechnology,Xi'anJiaotongUniversity,Xi'an710049,Shaanxi,China)Abstract:Sodium-ionbatterieshavepromisingpotentialinlarge-scaleelectricstorageapplicationsduetotheirlowcost,environmentalfriendliness,andsimilarworkingprinciplestolithium-ionbatteries.O3-typelayeredoxidesareusedasacathodematerialthatdeterminestheenergydensityofSIBsandstandoutfromothercathodesduetotheirhighcapacityandeaseofsynthesis.However,themigrationofNa+betweenoctahedralpositionsintheO3phasemustovercomealargeenergybarrier,whichresultsincomplexreactionphasetransitionsandrapidcapacitydeca...
