钠离子电池作为一种极具应用前景的电化学储能体系，具有钠来源广泛，资源丰富等特点，使其成为近年来电化学储能领域的研究热点之一。正极材料作为电池系统中重要的一环，被广大科研者深入研究。其中P2型层状氧化物材料由于具有稳定的晶体结构和高的可逆容量，被认为是钠离子电池理想的正极材料。然而，在循环过程中，由于钠离子的脱出和嵌入，具有高效离子传输的P型结构极易发生转变，进而影响其电化学性能。

近日，华南理工大学刘军教授等人详细总结了在循环过程中P2型层状氧化物正极材料可能发生的结构演变，并且通过比较不同成分材料的结构演变过程，提出利用调控钠离子分布来控制结构演变的策略，为P2型层状氧化物的设计提供了参考。

P2型层状氧化物正极材料在充电至高电压范围时，由于大量钠离子从晶格中脱出，结构向贫钠相O2相转变。这个相转变会带来约23.2%的体积变化，导致晶体出现裂缝，恶化其性能。同样是发生在高电压范围，当钠离子脱出的顺序较为均匀时，结构演变过程较为平缓，出现P2相与O2相的中间相（Z相：P2相和O2相的混合相）可以在一定程度上缓解体积变化。另外，当材料放电至低电压范围时，过量的钠离子嵌入材料晶格中，一些姜泰勒活性的元素参与反应，诱发姜泰勒效应，使得结构发生畸变，结构转变为P’2相。

通过对不同材料的结构演变过程的比较，发现层间存在相同数量钠离子的时候，不同材料说处于的结构演变阶段是不相同的。作者认为结构中的钠离子的分布情况是决定结构演变的重要因素，在层间钠离子数量一定的前提下，具有均匀分布的钠离子的材料，对相变的抵抗力更强。而钠离子的分布情况以及脱出顺序，可以通过材料中的成分以及活性元素的化合价进行调控，进而控制其结构演变。

论文信息：

Structural Evolution in P2-type Layered Oxide Cathode Materials for Sodium Ion Batteries

Zhengbo Liu, Jun Liu

文章的第一作者是华南理工大学博士生刘政波。

ChemNanoMat

DOI: 10.1002/cnma.202100385