1.全文简介
钠离子电池因钠资源储量丰富成为大规模储能应用的理想选择，其中O3相层状过渡金属氧化物（如NaNi₁/₃Fe₁/₃Mn₁/₃O₂）凭借高容量和高稳定性而备受关注，但材料合成过程中镍元素易偏析的问题会导致材料性能下降。本研究创新性地采用高温冲击合成技术（HTS），并引入具有高离子电导率的塑晶材料，成功制备了塑晶转子相NaCaPO₄包覆的NaNi₁/₃Fe₁/₃Mn₁/₃O₂复合材料（HT-NCP@333）。高温冲击技术通过快速加热和冷却过程，实现了材料的均匀分布和超均匀涂层。这种技术有效防止了镍的偏析，避免了氧化镍杂相的产生和容量下降。与传统的管式炉方法相比，HTS技术合成的材料具有更高的纯度和更好的结构完整性，减少了杂质相的形成。NaCaPO₄涂层作为保护层，能够有效抑制镍的偏析，减少表面残留碱性，从而提升材料的空气稳定性和电化学性能。
2. 研究思路
本文介绍了一种通过高温热冲击（HTS）方法制备的超均匀界面结构，用于提高钠离子电池正极材料NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2（NFM333）的长循环稳定性。传统管式炉方法制备的NFM333由于镍偏析导致表面形成钝化层，循环稳定性较差。而HTS方法通过快速加热过程形成更致密、超均匀的NaCaPO4（NCP）涂层，有效防止了镍偏析，减少表面残碱，显著提高了材料的空气稳定性和电化学性能。经HTS处理的NFM333在1C倍率下1000次循环后容量保持率为80%，其软包电池在700次循环后容量保持率为70%，展现出优异的循环稳定性，为开发耐用钠离子电池提供了新思路。
3. 全文图片简介
图1：NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 (NFM333) 的合成过程示意图，展示了两种不同合成方法合成材料的差异。
图2：HT-NCP@333 和 Tu-NCP@333 的结构对比，通过同步辐射XRD、HAADF-STEM 图像等表征证明高温热冲击合成的材料能够抑制镍偏析。
图3：NFM333正极材料的电化学性能，展示了HT-NCP@333和Tu-NCP@333的电化学性能，包括充放电曲线、CV曲线、不同电流密度下的倍率性能、循环性能，以及和其它高水平论文的性能对比。
图4：HT-NCP@333 和 Tu-NCP@333 材料的电化学动力学分析和电极结构表征，展示了两个材料充放电过程中的原位XRD、原位EIS和Ni的K边X射线吸收谱。
图5：HT-NCP@333 和 Tu-NCP@333 电极在 500 次循环后的界面化学和结构演变，展示了两个材料循环后极片的SEM、TEM、XPS和晶格应力应变情况。
图6：HT-NCP@333//HC 软包全电池示意图，展示了材料和硬碳（HC）电极匹配并组装的软包电池的首圈充放电曲线、倍率性能和 1C 电流密度下的循环性能。
4. 全文总结
本研究引入一种创新的高温冲击（HTS）技术用于合成均匀包覆的HT-NCP@333材料。HTS过程包括快速加热、冷却及短暂的保温阶段，有助于实现材料的均匀分布和包覆。这种均匀性有效防止了镍的偏析，高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和同步辐射X射线衍射分析结果证实了这一点。HTS技术确保HT-NCP@333具有更均匀的电解液接触界面，避免了过渡金属迁移，防止了循环过程中的性能退化，并显著提升了其电化学性能。具体而言，HT-NCP@333在1C倍率下经过1000次循环后容量保持率为80%，相比Tu-NCP@333的52.5%有显著提升。此外，HT-NCP@333//HC软包电池在700次循环后容量保持率超过70%。HTS方法展现出优异的可扩展性和商业化潜力，对钠离子电池技术的可持续发展具有重要意义。
