近日，南京理工大學(xué)夏暉教授與中外團(tuán)隊(duì)合作，首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)控方法，在面向鈉離子電池的錳基正極材料研究中取得重要進(jìn)展，使低成本鈉離子電池有望取代鋰離子電池，相關(guān)成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然通訊》（Nature Communications）。

盡管鋰離子電池已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，但地球上鋰資源十分有限，且開(kāi)采成本高，近年來(lái)價(jià)格不斷上漲。鈉資源豐富，開(kāi)采費(fèi)用僅為鋰的百分之一，因而鈉離子電池的研發(fā)成為科研人員爭(zhēng)相“開(kāi)墾”的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

由于層狀結(jié)構(gòu)的NaxMnO2正極材料具有理論容量高、價(jià)格低廉及來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)前科研人員多以其作為鈉離子電池正極材料的研究對(duì)象。但由于NaxMnO2正極材料的層間距狹窄，充放電過(guò)程中，半徑較大的鈉離子在層間遷移時(shí)，會(huì)“擠壞”正極材料的結(jié)構(gòu)，成為制約鈉離子電池研發(fā)的關(guān)鍵難點(diǎn)。除層間距外，影響鈉離子電池性能的另一重要因素為層狀結(jié)構(gòu)中的鈉離子含量。不少科研人員嘗試通過(guò)各種方法制備出不同層狀結(jié)構(gòu)的NaxMnO2，但始終無(wú)法滿足實(shí)際應(yīng)用需求。

夏暉教授團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)控方法，與合作者在水鈉錳礦層狀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，成功制備出兼具大層間距與高鈉離子含量的層狀NaMnO2–y–δ(OH)2y納米正極材料。

該成果首次將水鈉錳礦結(jié)構(gòu)中的鈉離子含量由0.3-0.5提高到1，所得電極的比容量達(dá)到211.9mAhg-1；同時(shí)克服了結(jié)晶水去除后層間距收縮的缺陷，充放電過(guò)程中正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定無(wú)相變，體積變化僅為2%，循環(huán)充放電1000次后，比容量保持率高達(dá)94.6%。目前市面上流通的鋰電池正極材料比容量約為140mAhg-1，電池行業(yè)的比容量保持率標(biāo)準(zhǔn)約為80%。

該成果的性能展示了鈉離子電池較好的應(yīng)用前景，對(duì)鈉離子電池層狀正極材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和調(diào)控提供了新的思路和策略。