近日，有研廣東院鈉離子電池研究室相繼在國際能源環(huán)境及材料領(lǐng)域頂級期刊《Energy & Environmental Science》（影響因子32.4）、《Carbon Energy》（影響因子19.5）、《ACS Applied Materials & Interfaces》（影響因子9.5）陸續(xù)發(fā)表了多項創(chuàng)新性科技成果，受到國內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注和認(rèn)可。
鈉離子電池因其成本，低溫性能以及安全等方面的優(yōu)勢而作為一種有前途的電網(wǎng)規(guī)模儲能系統(tǒng)技術(shù)引起了人們的廣泛關(guān)注。由于鈉離子電池的儲鈉性能和生產(chǎn)成本取決于正極性能，因此開發(fā)具有大規(guī)模生產(chǎn)能力且具有高能量密度、長循環(huán)壽命、低生產(chǎn)成本和高化學(xué)/環(huán)境穩(wěn)定性的正極主體材料對于實現(xiàn)先進的鈉離子電池至關(guān)重要。在已開發(fā)的鈉離子電池正極材料中，過渡金屬層狀氧化因其合成方法簡單、理論比容量高受到廣泛關(guān)注，被認(rèn)為是鈉離子電池最重要的家族之一，其中O3型和P2型陰極為層狀氧化物的主要結(jié)構(gòu)。
P2型材料具有長循環(huán)，高倍率充放電能力。然而此類材料在4.2V以下容量通常低于100mAh/g，繼續(xù)提高截止電壓會發(fā)生導(dǎo)致過渡金屬遷移、陰離子還原等行為，犧牲循環(huán)穩(wěn)定性。而對于常規(guī)O3類材料，其在2—4V之間一般可以發(fā)揮120mAh/g左右的容量，然而其放電中壓較低，倍率性能以及循環(huán)穩(wěn)定性不足。
為了解決以上P型及O型陰極不足的問題，團隊發(fā)表于《Enregy & Environmental Science》上題為“Thermodynamically stable low-Na O3 cathode materials driven by intrinsically high ionic potential discrepancy”（影響因子32.4）的研究成果提出了非常規(guī)結(jié)構(gòu)調(diào)整策略，制備的一批新型層狀材料打破了容量、倍率及穩(wěn)定性三者的相互制約，這類材料擁有P2型材料倍率/循環(huán)能力，同時兼?zhèn)銸3型材料高容量陰極。研究采用了一系列原位/準(zhǔn)原位光譜學(xué)表征和理論計算，闡明了材料成相、高容量、高倍率、長循環(huán)的理論機制。為新型層狀材料的開發(fā)提供了思路。
同時，團隊發(fā)表于《Carbon Energy》上題為“Low-temperature performance of Na-ion batteries”（影響因子19.5）的綜述性文章分析總結(jié)了鈉離子電池在低溫工作時所面臨的鈉離子傳輸動力學(xué)與性能衰減的相關(guān)性，并從理論機制角度闡述了不同環(huán)境下的離子擴散行為，分析了提升鈉離子低溫性能的實際方案，為發(fā)展特種鈉離子電池提供了有力證據(jù)。
此外，團隊針對O3型材料的相變與循環(huán)穩(wěn)定性的構(gòu)效關(guān)系，在《ACS Applied Materials & Interfaces》上發(fā)表了題為“Phase Transition Modulated by Grain Size and Lattice Distortion in Layered Transition Metal Oxide for Sodium-Ion Batteries”（影響因子9.5）的成果。該研究指出，O3型層狀正極材料脫鈉過程中產(chǎn)生的滑移是引起劇烈體積變化以及材料顆粒裂紋的主要原因，通過控制更小的晶粒尺寸及扭曲程度更大的過渡金屬-氧八面體可以有效降低滑移的剪切應(yīng)力，從而提升材料的循環(huán)壽命。
有研廣東院鈉離子電池研究室主任肖必威教授在Adv. Mater.、Angew. Chem.、Adv. Energy Mater.、Energy Environ. Sci.、Natl. Sci. Rev.等高水平期刊共發(fā)表論文80余篇，授權(quán)中國專利5件。論文共計引用6800余次，H因子41。在國內(nèi)外會議、論壇共作口頭報告50余次。擔(dān)任Nature Communication等期刊審稿人、廣東省科技廳“新型儲能技術(shù)路線圖”編制專家、美國化學(xué)會（ACS）2021年春季會議電池分會場承辦人。
有研廣東院鈉離子電池研究室以儲能市場需求為牽引，重點開發(fā)鈉離子電池用系列長壽命、低成本正極材料，輸出鈉離子電池正極材料產(chǎn)品及工程化技術(shù)。目前，研究室已開發(fā)出多款鈉離子電池層狀正極材料，在能量密度、循環(huán)壽命、成本等方面展現(xiàn)出較強的優(yōu)勢，已開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的系列低成本層狀氧化物鈉電正極材料并完成噸級工程化工藝開發(fā)及客戶導(dǎo)入，性能滿足不同應(yīng)用場景需求，并獲批廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃“新型儲能與新能源”重大專項旗艦項目。