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化学进展 DOI: 10.7536/PC231023   

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钠离子电池层状氧化物正极材料耐高电压性能研究

丁丽香.李旭柯., 刘雪枫.刘镒民, 雷文*, 张海军*   

  1. 武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室 湖北武汉430081
  • 收稿日期:2023-10-30 修回日期:2024-02-17
  • 作者简介:雷文 武汉科技大学副教授，湖北省“楚天学子”，澳门青年学者。主要研究方向为先进功能材料和新能源器件，主持国家自然科学基金、湖北省自然科学基金等项目。以第一作者或通讯作者在Energy Environmental Science, Materials Today, Advanced Energy Materials, Advanced Functional Materials等期刊发表论文40余篇，被引次数4000余次。张海军 博士研究生导师，楚天学者特聘教授。1999年博士毕业于北京科技大学，2001-2007年在郑州大学工作，先后被评为副教授、教授，2007-2011年在东京理科大学（山口）留学。2011年至今任武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室湖北省“楚天学者”特聘教授。主要研究方向为多孔陶瓷、耐火材料、纳米催化剂、材料计算和新能源器件。在包括Nature Materials及Advanced Materials在内的国内外知名刊物及学术会议上发表学术论文470余篇，论文被SCI检索270余篇，被EI检索320余篇，并被SCI引用6000多次。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（52072274, 52272021, 52232002）、武汉市知识创新专项项目(2023020201010131)资助
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Study on the High-Voltage Resistance of Layered Oxide Cathode Materials for Sodium-ion Batteries

Lixiang Ding, Xuke Li, Xuefeng Liu, Yimin Liu, Wen Lei*, Haijun Zhang*   

  1. The State Key Laboratory of Refractories and Metallurgy, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China
  • Received:2023-10-30 Revised:2024-02-17
  • Contact: *e-mail: leiwen@wust.edu.cn.（Wen Lei）;zhanghaijun@wust.edu.cn(Haijun Zhang)
  • Supported by:
    National Natural Science Foundation of China (No. 52072274, 52272021, 52232002), the Knowledge Innovation Project of Wuhan, China (2023020201010131).
钠离子电池具有资源和成本的优势而在大规模储能和低速电动车领域展现出极大的应用前景。其中,层状氧化物正极材料由于其理论容量高,且易于合成等受到了广泛研究。然而,层状氧化物正极材料在循环过程中,尤其是高电压情况下容易出现结构不稳定、表面退化等现象,造成电池性能衰退,阻碍了其商业应用。基于此,本文综述了层状氧化物正极材料在高电压下的结构转变、表面退化以及氧损失等机制,分析和探讨了提高层状氧化物正极材料耐高电压性能的策略,期望为具有耐高电压性能的钠离子电池层状氧化物正极材料的设计开发提供参考;最后总结了钠离子电池层状氧化物正极材料在改性方面存在的不足及未来的研究方向。
关键词： 钠离子电池, 层状氧化物, 正极材料, 耐高电压性能
Sodium-ion batteries have shown great application prospects in the field of large-scale energy storage and low-speed electric vehicles due to their resource and cost advantages. Among various cathodes reported, layered oxide cathode materials have been widely investigated owing to their high theoretical capacity and simple synthesis method. However, many adverse reactions and phenomena such as structural instability and surface degeneration are prone to occur during its cycling process, especially at high voltage, which hinders its application in commerce. This article briefly reviews the mechanism of structural transformation, surface degradation, and oxygen loss of layered oxide cathode at high-voltage, focuses on the strategies to improve the high-pressure resistance of layered oxide cathode, and aims to provide reasonable insights for improving the high-voltage stabilization of layered oxide cathode materials and designing sodium-ion layered oxide cathode materials with high performance. Finally, the shortcomings of sodium battery layered oxide cathode materials in modification and future research directions are also summarized.
Key words: sodium-ion battery, layered oxide, cathode materials, high-voltage performance
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