[研究背景]
由于钠资源丰富、成本低廉，钠离子电池在大型储能和低速电动汽车领域具有广阔的发展潜力。层状过渡金属氧化物作为一种电池材料，受到了研究者的广泛关注，目前的研究重点是具有P2和O3结构的阴极材料。以往的研究表明，P3结构不适合钠离子电池的电极材料。但文献调查发现，由于P3结构中的钠位于三棱柱位置，过渡金属层之间的距离较大，与O3相结构相比，钠离子的扩散能垒较低，具有钠离子电池优良负极材料的潜在优势。
[工作介绍]
近日，石在中山大学材料科学学院教授、曹大鹏教授的指导下，与中科院物理所副研究员合作，设计了一种零应变脱嵌钠(-)材料，解决了结构的快速容量衰减和电压衰减问题。密度泛函理论揭示了P3-MNCM稳定性的热力学原因。通过在P3结构中掺杂少量镁，制备了纯相P3-MNCM材料。通过半电池测试，发现该材料以0.2C的速率循环100次后容量保持率为85%(1c的长循环对比测试：容量保持率为Mg/原始样品%%)，以10C的速率容量保持率达到66.5%。整个电池测试也显示出良好的电化学性能(电压范围1.0-4.2V，比容量高达-1，在0.2C电流下的平均工作电压)。
原位XRD测试结果表明，在2.0-4.3V电压范围内，钠插层过程中P3-MNCM电池的体积变形小于1.4%.第一性原理计算结果表明，Mg的引入可以有效缓解高钠去除下Ni3的Jahn-畸变，过渡金属层中的非活性Mg可以有效阻断八面体畸变的局部传导，从而有效提高P3结构的稳定性。这些发现为钠离子电池电极材料的后续开发提供了科学依据和参考。相应的研究成果发表在国际能源期刊《能源系统与材料》(EnergyStorageMaterials)上，标题为“-”。本论文第一作者为中山大学材料科学学院2019级博士生石，通讯作者为教授和曹大鹏教授。
[图形指南]
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