具有二元或三元相的层状钠过渡金属氧化物NaTMO2（TM；过渡金属）作为新型钠离子电池（SIBs）战略正极材料表现出优异的电化学性能，但仍然缺乏对其内在结构稳定性的精确和全面的理解。
阿贡国家实验室陆俊、韩国浦项加速器实验室Docheon Ahn、蔚山国家科学技术研究所Tae Joo Shin、世宗大学Kee-Sun Sohn等对自己开发的Na1-xTMO2正极材料，即同时具有P2型和O3型相的Na0.76Ni0.20Fe0.40Mn0.40O2(NFMO-P2/O3)进行了深入的相分析。
这项工作提供了原子尺度的结构可视化，并揭示了以下发现：(i)NFMO-P2/O3存在混合相共生层分布以及P2和O3相沿两个不同晶面指数的不均匀分布；(ii)初始两个循环的完全可逆充电/放电过程显示出前所未有的简单相变。此外，第一性原理计算方法支持在提出的假设单相结构（O3、P3、Oʹ3和P2相）上形成二元NFMO-P2/O3化合物的证据。
图2 NFMO-P2/O3正极在循环过程中的原位同步辐射XRD图谱
研究显示，P型和O型相的同时存在及其独特结构的协同效应允许在很宽的电压范围(1.5-4.5 V)内保持非凡的电化学性能：0.1 C时最大充电容量为171.5 mAh g-1；并且，在0.1 C下循环100次后容量保留率为73.5%。
目前的结果表明，在二元P2/O3相化合物中存在混合的共生层状结构有利于Na离子扩散，从而实现高效的电化学过程，且不会发生结构畸变。作者相信，对二元P2/O3相材料的深刻理解可以为SIBs的高压正极材料的开发带来新的视角。
图3 NFMO-P2/O3正极与NFMO-P2和NFMO-O3正极的电化学性能对比
Unravelling the Nature of the Intrinsic Complex Structure of Binary Phase Na-layered Oxides. Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202202137
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