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高熵P2/O3双相正极的协同设计助力高性能钠离子电池
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作者 赵珊 刘旭 +4 位作者 郭昊天 柳宗琳 王鹏飞 舒杰 伊廷锋 《物理化学学报》 北大核心 2026年第1期49-61,共13页
P2型层状过渡金属氧化物(P2-Na_(x)TMO_(2))因其优异的循环稳定性和倍率性能,成为钠离子电池正极材料的有力候选者。然而,其在高电压下的不可逆相变和固有低理论容量问题,阻碍了实际应用。本研究工作提出高熵策略与双相结构的协同设计... P2型层状过渡金属氧化物(P2-Na_(x)TMO_(2))因其优异的循环稳定性和倍率性能,成为钠离子电池正极材料的有力候选者。然而,其在高电压下的不可逆相变和固有低理论容量问题,阻碍了实际应用。本研究工作提出高熵策略与双相结构的协同设计来克服这些挑战。通过在P2相高熵基体中引入O3相,构建新型P2/O3双相高熵层状氧化物Na_(0.70)Ni_(0.25)Mn_(0.35)Co_(0.15)Fe_(0.05)Ti_(0.20)O_(2)(简称Na_(0.70)NMCFT)。其中,高熵设计通过构型熵稳定效应有效抑制P2相的不可逆相变,而O3相则通过协同作用弥补容量不足并提升循环稳定性。此外,双相组分之间的相互作用进一步促进P2-O3与P2-P3相变的高度可逆性。Na_(0.70)NMCFT在1C倍率下的初始放电容量为102.08 mAhg^(-1),200次循环后容量保持率达88.15%,表明具有优异的循环稳定性。更重要的是,即使在10C的高倍率下,Na_(0.70)NMCFT仍能提供85.67 mAh g^(-1)的初始放电比容量,并在1000次循环后容量保持率达70%。本工作证实双相高熵设计在提升钠离子电池正极性能中的关键作用,为开发先进钠离子电池正极材料提供了新思路。 展开更多
关键词 钠离子电池 层状氧化物正极 高熵 p2/o3双相 相变
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钠离子电池P2/O3相正极材料改性研究进展
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作者 李添 段其乐 +1 位作者 赵德威 丁翔 《电池》 北大核心 2026年第1期215-221,共7页
正极材料是决定钠离子电池性能与成本的核心组件,其中金属层状氧化物因高能量密度和易合成性备受关注,但单一P2或O3相材料存在不可逆相变、扩散动力学差异等缺陷。阐述P2相与O3相的结构特征及性能,可通过P2/O3双相协同设计的界面互锁效... 正极材料是决定钠离子电池性能与成本的核心组件,其中金属层状氧化物因高能量密度和易合成性备受关注,但单一P2或O3相材料存在不可逆相变、扩散动力学差异等缺陷。阐述P2相与O3相的结构特征及性能,可通过P2/O3双相协同设计的界面互锁效应实现性能互补;介绍溶胶-凝胶法、固相法、共沉淀法在双相材料的应用场景;分析元素掺杂、高熵设计、结构调控及煅烧工艺优化改性策略的作用机制。双相协同与多策略结合,能够突破单一相材料性能瓶颈,为高性能钠离子电池正极材料的开发提供理论依据。 展开更多
关键词 钠离子电池 p2/o3相层状氧化物 元素掺杂 高熵设计 煅烧工艺优化
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Unveiling Ni/Mn synergies in P2/O3 biphasic layered oxides for high-performance sodium-ion battery cathodes
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作者 Yu-Bo Yang Yong-Chun Li +5 位作者 Yuan Ping Ji-Shun Yang Yan-Pu Yang Xiao-Wei Miao Hai-Dong Liu Gang Yang 《Rare Metals》 2025年第11期8465-8475,共11页
P2-type nickel-manganese-based layered oxides are promising cathode materials for sodium-ion batteries(SIBs),but their application is limited by initial specific capacity and anion redox instability.Herein,a P2/O3 bip... P2-type nickel-manganese-based layered oxides are promising cathode materials for sodium-ion batteries(SIBs),but their application is limited by initial specific capacity and anion redox instability.Herein,a P2/O3 biphasic Na_(0.67)Ni_(0.33)Mn_(0.6)Cu_(0.05)Mg_(0.07)Ti_(0.01)O_(2)(Ni33Mn60)was prepared by adjusting the Ni/Mn ratio with as Na_(0.67)Ni_(0.23)Mn_(0.65)Cu_(0.05)Mg_(0.07)Ti_(0.01)O_(2)(Ni23Mn65)matrix and is reported to exhibit high initial discharge capacity,cyclability and rate capability.The density functional theory(DFT)calculation and experimental data prove the enhancement of the Mn^(3+)/Mn^(4+)redox process to improve the specific discharge capacity and the P2/O3biphasic structure to optimize the anion kinetics.The synthesized oxide Ni33Mn60 delivers a high initial discharge specific capacity of 140.21 mAh g^(-1),a crucial discharge capacity of 76.07 mAh g^(-1)at 10C,a preferable capacity retention rate of 78.97%after 200 cycles at 5C and cycle stability at high voltages above 4.3V.In situ X-ray diffraction(XRD)and galvanostatic intermittent titration technique(GITT)tests show that Ni33Mn60 has reversible structure evolution and fast Na^(+)diffusion kinetics due to the ion effect and unique P2/O3 biphasic structure,respectively.This work provides a new thought about adjusting matrix ratio for the preparation of P2/O3 biphasic cathode materials for advanced SIBs. 展开更多
关键词 Ni/Mn synergy p2/o3 biphasic Electrochemical performance Cathode materials Sodiumion batteries
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Designing ultrastable P2/O3-type layered oxides for sodium ion batteries by regulating Na distribution and oxygen redox chemistry 被引量:3
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作者 Jieyou Huang Weiliang Li +3 位作者 Debin Ye Lin Xu Wenwei Wu Xuehang Wu 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期466-476,共11页
P2/O3-type Ni/Mn-based layered oxides are promising cathode materials for sodium-ion batteries(SIBs)owing to their high energy density.However,exploring effective ways to enhance the synergy between the P2 and 03 phas... P2/O3-type Ni/Mn-based layered oxides are promising cathode materials for sodium-ion batteries(SIBs)owing to their high energy density.However,exploring effective ways to enhance the synergy between the P2 and 03 phases remains a necessity.Herein,we design a P2/O3-type Na_(0.76)Ni_(0.31)Zn_(0.07)Mn_(0.50)Ti_(0.12)0_(2)(NNZMT)with high chemical/electrochemical stability by enhancing the coupling between the two phases.For the first time,a unique Na*extraction is observed from a Na-rich O3 phase by a Na-poor P2 phase and systematically investigated.This process is facilitated by Zn^(2+)/Ti^(4+)dual doping and calcination condition regulation,allowing a higher Na*content in the P2 phase with larger Na^(+)transport channels and enhancing Na transport kinetics.Because of reduced Na^(+)in the O3 phase,which increases the difficulty of H^(+)/Na^(+) exchange,the hydrostability of the O3 phase in NNZMT is considerably improved.Furthermore,Zn^(2+)/Ti^(4+)presence in NNZMT synergistically regulates oxygen redox chemistry,which effectively suppresses O_(2)/CO_(2) gas release and electrolyte decomposition,and completely inhibits phase transitions above 4.0 V.As a result,NNZMT achieves a high discharge capacity of 144.8 mA h g^(-1) with a median voltage of 3.42 V at 20 mA g^(-1) and exhibits excellent cycling performance with a capacity retention of 77.3% for 1000 cycles at 2000 mA g^(-1).This study provides an effective strategy and new insights into the design of high-performance layered-oxide cathode materials with enhanced structure/interface stability forSIBs. 展开更多
关键词 Sodium-ion batteries p2/o3-type layered oxides Na distribution oxygen redox chemistry Hydrostability
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钠离子电池P2-O3双相型层状氧化物正极材料的研究进展
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作者 周贺成 雷晓东 《化学研究》 2025年第5期527-534,共8页
介绍了层状氧化物类钠离子电池正极材料——P2单相型和O3单相型及兼具两者优点的P2-O3双相型材料的结构、性能和应用,并详细总结了P2-O3双相型层状氧化物的制备方法及其在钠离子电池正极材料应用中存在的问题:有关P2相和O3相在复合结构... 介绍了层状氧化物类钠离子电池正极材料——P2单相型和O3单相型及兼具两者优点的P2-O3双相型材料的结构、性能和应用,并详细总结了P2-O3双相型层状氧化物的制备方法及其在钠离子电池正极材料应用中存在的问题:有关P2相和O3相在复合结构中最佳分布尚未明确,需要深入探索P2-O3双相型层状氧化物材料的具体形成机制,以及材料的设计与合成缺乏明确的理论依据。总之,P2-O3双相型材料的容量大、循环长、稳定高的优点,具有广泛的研究和应用前景。 展开更多
关键词 钠离子电池 正极 层状氧化物 p2-o3双相型
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Medium-entropy configuration enabling reversible P2-OP4 phase transition in layered oxides for high-rate sodium-ion batteries 被引量:2
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作者 Fei-Fei Hong Xin Zhou +9 位作者 Hao Liu Gui-Lin Feng Xiao-Hong Liu Heng Zhang Wei-Feng Fan Bin Zhang Mei-Hua Zuo Wang-Yan Xing Ping Zhang Wei Xiang 《Rare Metals》 2025年第5期2997-3007,共11页
Layered transition metal oxides have emerged as promising cathode materials for sodium ion batteries.However,irreversible phase transitions cause structural distortion and cation rearrangement,leading to sluggish Na+d... Layered transition metal oxides have emerged as promising cathode materials for sodium ion batteries.However,irreversible phase transitions cause structural distortion and cation rearrangement,leading to sluggish Na+dynamics and rapid capacity decay.In this study,we propose a medium-entropy cathode by simultaneously introducing Fe,Mg,and Li dopants into a typical P2-type Na_(0.75)Ni_(0.25)Mn_(0.75)O_(2)cathode.The modified Na_(0.75)Ni_(0.2125)Mn_(0.6375)Fe_(0.05)Mg_(0.05)Li_(0.05)O_(2)cathode predominantly exhibits a main P2 phase(93.5%)with a minor O3 phase(6.5%).Through spectroscopy techniques and electrochemical investigations,we elucidate the redox mechanisms of Ni^(2+/3+/4+),Mn^(3+/4+),Fe^(3+/4+),and O_(2)-/O_(2)^(n-)during charging/discharging.The medium-entropy doping mitigates the detrimental P2-O_(2)phase transition at high-voltage,replacing it with a moderate and reversible structural evolution(P2-OP4),thereby enhancing structural stability.Consequently,the modified cathode exhibits a remarkable rate capacity of 108.4 mAh·g^(-1)at 10C,with a capacity retention of 99.0%after 200 cycles at 1C,82.5%after 500 cycles at 5C,and 76.7%after 600 cycles at 10C.Furthermore,it also demonstrates superior electrochemical performance at high cutoff voltage of 4.5 V and extreme temperature(55 and 0℃).This work offers solutions to critical challenges in sodium ion batteries cathode materials. 展开更多
关键词 Layered oxide cathode Sodium ion batteries phase transition Medium-entropy p2/o3 biphasic structure
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Comparative structural and electrochemical properties of mixed P2/O′3-layered sodium nickel manganese oxide prepared by sol-gel and electrospinning methods:Effect of Na-excess content 被引量:2
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作者 Thongsuk Sichumsaeng Atchara Chinnakorn +3 位作者 Ornuma Kalawa Jintara Padchasri Pinit Kidkhunthod Santi Maensiri 《International Journal of Minerals,Metallurgy and Materials》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第10期1887-1896,共10页
The effect of Na-excess content in the precursor on the structural and electrochemical performances of sodium nickel manganese oxide(NNMO)prepared by sol-gel and electrospinning methods is investigated in this paper.X... The effect of Na-excess content in the precursor on the structural and electrochemical performances of sodium nickel manganese oxide(NNMO)prepared by sol-gel and electrospinning methods is investigated in this paper.X-ray diffraction results of the prepared NNMO without adding Na-excess content indicate sodium loss,while the mixed phase of P2/O′3-type layered NNMO presented after adding Na-excess content.Compared with the sol-gel method,the secondary phase of NiO is more suppressed by using the electrospinning method,which is further confirmed by field emission scanning electron microscope images.N_(2) adsorption-desorption isotherms show no remarkably difference in specific surface areas between different preparation methods and Na-excess contents.The analysis of X-ray absorption near edge structure indicates that the oxidation states of Ni and Mn are+2 and+4,respectively.For the electrochemical properties,superior electrochemical performance is observed in the NNMO electrode with a low Na-excess content of 5wt%.The highest specific capacitance is 36.07 F·g^(-1)at0.1 A·g^(-1)in the NNMO electrode prepared by using the sol-gel method.By contrast,the NNMO electrode prepared using the electrospinning method with decreased Na-excess content shows excellent cycling stability of 100%after charge-discharge measurements for 300 cycles.Therefore,controlling the Na excess in the precursor together with the preparation method is important for improving the electrochemical performance of Na-based electrode materials in supercapacitors. 展开更多
关键词 sodium nickel manganese oxide mixed p2/o3-type Na-excess content sol-gel method electrospinning method electrochemical properties
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锂铌共掺杂P2-Na_(0.67)Fe_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)正极材料的制备与性能研究
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作者 赵国华 朱广燕 +1 位作者 朱甲甲 柴业鹏 《冶金与材料》 2024年第11期189-192,共4页
文章采用一步固相烧结法成功合成了锂/铌共掺杂的P2-Na_(0.67)Fe_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状氧化物正极材料。结果表明,锂掺杂促进了P2/O3双相结构的形成,同时将P2-OP4相变转化为温和的固溶反应;铌掺杂形成了较强的Nb-O键,提高... 文章采用一步固相烧结法成功合成了锂/铌共掺杂的P2-Na_(0.67)Fe_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)钠离子电池层状氧化物正极材料。结果表明,锂掺杂促进了P2/O3双相结构的形成,同时将P2-OP4相变转化为温和的固溶反应;铌掺杂形成了较强的Nb-O键,提高过渡金属层的结构稳定性,且铌掺杂诱导材料表面生成NaNbO3表面包覆层,有效阻碍过渡金属溶解和表面副反应。所制备的锂/铌共掺杂P2-Na_(0.67)Fe_(0.5)Mn_(0.5)O_(2)在2.0~4.0 V范围内以0.5C(1C=174 mA g^(-1))循环100圈后容量保持率为85%,远高于原材料的46%。 展开更多
关键词 钠离子电池 层状氧化物 p2/o3 共掺杂
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钠离子电池P2相镍锰基层状氧化物正极材料的研究进展 被引量:3
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作者 姜娜 孙珞然 +3 位作者 王慧丽 伍忠汉 焦培鑫 张凯 《工程科学学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第7期1071-1085,共15页
P2型Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料由于较高的比容量、工作电压以及较好的空气稳定性成为最具前景的钠离子电池正极材料之一.然而,高压相变、Na^(+)/空位有序排布以及由Mn^(3+)引起的Jahn-Teller扭曲导致该类材料充放电过程中面临结构失稳... P2型Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料由于较高的比容量、工作电压以及较好的空气稳定性成为最具前景的钠离子电池正极材料之一.然而,高压相变、Na^(+)/空位有序排布以及由Mn^(3+)引起的Jahn-Teller扭曲导致该类材料充放电过程中面临结构失稳以及性能衰减的挑战.本综述从P2型Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料的失效机制出发,系统阐述了该类材料的最新进展.最后,对其未来的发展方向进行了展望.本文将为P2-type Na_(0.67)[Ni,Mn]O_(2)材料的研发与商业化提供借鉴. 展开更多
关键词 钠离子电池 正极材料 镍锰基层状氧化物 性能衰退机制 离子掺杂 表面修饰 p2/o3双相结构
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钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料研究进展
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作者 陈东 《灯与照明》 2025年第4期236-238,共3页
钠离子电池因资源丰富、成本低及安全性高,成为储能领域的重要研究方向。层状过渡金属氧化物(Na_(x)TMO_(2))正极材料因高比容量和结构多样性备受关注。本文简要综述了钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料不同的相结构类型和相应的研... 钠离子电池因资源丰富、成本低及安全性高,成为储能领域的重要研究方向。层状过渡金属氧化物(Na_(x)TMO_(2))正极材料因高比容量和结构多样性备受关注。本文简要综述了钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料不同的相结构类型和相应的研究进展,探讨了各种类型的层状氧化物正极材料在应用中存在的问题及可行的改性方案,为钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的进一步发展提供参考。介绍了P2相层状氧化物、O3相层状氧化物,认为层状过渡金属氧化物(Na_(x)TMO_(2))作为钠离子电池正极材料,凭借高比容量和可调结构展现出广阔前景。 展开更多
关键词 钠离子电池 正极材料 层状过渡金属氧化物 p2 o3
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钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展 被引量:26
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作者 孙媛媛 李思卿 +3 位作者 王成儒 钱昱骁 郑时有 袁涛 《稀有金属》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期776-795,共20页
钠离子电池与锂离子电池工作原理相似,却有着更低的成本和更高的安全性,因此被认为是可以替代锂离子电池的下一代储能体系。在钠离子电池中,由于正极起到提供钠离子以及决定电池能量密度的关键作用,因此对正极材料的开发和研究尤为重要... 钠离子电池与锂离子电池工作原理相似,却有着更低的成本和更高的安全性,因此被认为是可以替代锂离子电池的下一代储能体系。在钠离子电池中,由于正极起到提供钠离子以及决定电池能量密度的关键作用,因此对正极材料的开发和研究尤为重要。在已报道的钠离子电池正极材料中,层状过渡金属氧化物材料(Na_(x)TMO_(2))因其结构简单、工作电位高和易于合成,被认为最具商业潜力。本综述以过渡金属氧化物为主线,主要集中在对O3型、P2型、P3型和双相/多相等各种层状正极氧化物材料的结构特点、改性方法、电化学性能等最新研究进展进行了总结,并根据目前存在的问题提出了该材料未来的发展方向。 展开更多
关键词 钠离子电池 正极 层状过渡金属氧化物 o3 p2
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钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展 被引量:12
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作者 彭晨熹 刘军 《无机盐工业》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期1-12,69,共13页
层状过渡金属氧化物是目前最具潜力的钠离子电池正极材料之一,因其理论容量较高且易于合成受到了广泛关注。旨在综述钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展。首先简要概述了层状过渡金属氧化物材料的结构特点及目前存在的不足... 层状过渡金属氧化物是目前最具潜力的钠离子电池正极材料之一,因其理论容量较高且易于合成受到了广泛关注。旨在综述钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的研究进展。首先简要概述了层状过渡金属氧化物材料的结构特点及目前存在的不足,介绍了P2相和O3相层状过渡金属氧化物的钠离子配位构型及传输路径;此外,针对充放电过程中存在不可逆相变、空气敏感性高、电化学性能有待提高等问题,从组分调控、结构设计及表面包覆三类改性方法入手,总结了P2、O3相层状过渡金属氧化物近几年的改性研究成果;最后,对钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料的产业化发展前景及潜在研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 钠离子电池 正极材料 层状过渡金属氧化物 o3 p2
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