锂电池有望被钠离子电池取代

近日，南京理工大学夏晖教授与中外团队合作，首创结构设计和调控方法，在面向钠离子电池的锰基正极材料研究中取得重要进展，使低成本钠离子电池有望取代锂离子电池，相关成果发表在国际顶级期刊《自然通讯》（Nature Communications）。

尽管锂离子电池已经被广泛应用，但地球上锂资源十分有限，且开采成本高，近年来价格不断上涨。钠资源丰富，开采费用仅为锂的百分之一，因而钠离子电池的研发成为科研人员争相“开垦”的热点领域。

由于层状结构的NaxMnO2正极材料具有理论容量高、价格低廉及来源广泛等优点，当前科研人员多以其作为钠离子电池正极材料的研究对象。但由于NaxMnO2正极材料的层间距狭窄，充放电过程中，半径较大的钠离子在层间迁移时，会“挤坏”正极材料的结构，成为制约钠离子电池研发的关键难点。除层间距外，影响钠离子电池性能的另一重要因素为层状结构中的钠离子含量。不少科研人员尝试通过各种方法制备出不同层状结构的NaxMnO2，但始终无法满足实际应用需求。

夏晖教授团队首创结构设计和调控方法，与合作者在水钠锰矿层状结构的基础上，成功制备出兼具大层间距与高钠离子含量的层状NaMnO2–y–δ(OH)2y纳米正极材料。

该成果首次将水钠锰矿结构中的钠离子含量由0.3-0.5提高到1，所得电极的比容量达到211.9mAhg-1；同时克服了结晶水去除后层间距收缩的缺陷，充放电过程中正极材料结构稳定无相变，体积变化仅为2%，循环充放电1000次后，比容量保持率高达94.6%。目前市面上流通的锂电池正极材料比容量约为140mAhg-1，电池行业的比容量保持率标准约为80%。

该成果的性能展示了钠离子电池较好的应用前景，对钠离子电池层状正极材料的结构设计和调控提供了新的思路和策略。