近日，biwn必赢杨勇教授课题组在钠离子层状氧化物正极材料的空气稳定性研究取得重要进展，相关研究成果以“The stability of P2-layered sodium transition metal oxides in ambient atmospheres”为题，2020年7月15号在线发表于《自然-通讯》Nature Communications, 2020, 11, 3544。
钠离子电池由于钠的地球储量丰富、成本低廉及其独有的电池安全特性等优势，是未来风、光电等规模化储能系统的重要候选者，因而对电池的循环寿命、功率特性及其材料的制造性能提出了很高的要求。尽管层状钠离子过渡金属氧化物的体积能量密度较高，但其在充放电过程中材料结构相变可逆性差、电极/电解液界面不稳定以及空气中暴露易发生化学变质等问题严重阻碍了其商业化的应用。针对该类材料空气稳定差的问题，杨勇教授课题组在该文中选择了两种典型的金属层状氧化物（P2-Na0.67MnO2和P2-Na0.67Ni0.33Mn0.67O2），通过严格设计及控制实验环境及其反应条件，借助于多种先进的谱学以及高分辨电镜表征手段，结合DFT计算，对P2-型层状金属氧化物在潮湿气氛中发生的化学和材料结构变化过程进行了深入细致的解析，首次提出并证明可以用其中过渡金属离子在首次充电时的氧化电位作为层状钠离子氧化物空气稳定性的判断原则。
近年来，杨勇教授课题组致力于发展高性能的钠离子电池层状过渡金属氧化物正极材料。例如他们通过合理的材料结构设计和体相/界面调控，并结合原位同步辐射X射线衍射谱和X射线吸收光谱、同步辐射共振非弹性X射线散射（mRIXS）、原位实验室光源X射线衍射谱、固体核磁谱等结构和价态表征手段对其充放电反应机理进行了深入的研究，有效地提高了P2型锰酸钠材料（Angew. Chem. Int. Ed., 2019, 58, 18086-18095；Nano Energy, 2020, 76, 104997）和镍锰酸钠材料（ACS Appl. Mater. interfaces, 2016, 8，22227-22237；J. Power Sources 2015, 281, 18-26；ACS Appl. Energy Mater., 2019, 2, 4914-4924）的循环稳定性、通过原子层沉积（ALD）显著提升电极-电解液界面的稳定性（Energy Storage Mater., 2020, 26, 503-512）、并且通过调控电解液实现了镍锰酸钠与软碳材料的全电池组装（J. Power Sources 2018, 400, 317-324）
该工作得到了美国国家强磁场实验室傅日强教授、武汉理工大学刘金平教授（共同通讯）、厦门大学王鸣生教授以及上海交通大学段华南教授的支持和帮助。 论文第一作者是杨勇教授课题组博士研究生左文华，2016级本科生邱际民、2017级博士研究生刘湘思等参与实验部分，DFT计算由课题组能源学院的博士研究生任福成完成。该研究工作得到了国家自然科学基金（21761132030、21935009、51972257）和国家重点研发项目（2018YFB0905400、2016YFB0901502、2016YFA0202602）及拔尖人才计划（J1310024）等课题的资助。
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-17290-6
