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采用地球豐富元素的高性能和低成本過渡金屬(TM)層狀氧化物是鈉離子電池（SIB）有前景的正極。然而，獲得所需材料具有挑戰性，因為較大的Na尺寸、不同的Na占據和各種層堆疊序列會增加確定給定成分結構的復雜性，并加劇了結構-性質相關性的不確定性。

美國太平洋西北國家實驗室Xiaolin Li、Biwei Xiao等人以獲得理想的基于Na_xMn_yNiZTM_1-y-zO₂的正極材料為例，展示了批量開發鈉層狀正極用于實際應用的一般路線圖。

作者建立了Na_xMn_yNiZTM_1-y-zO₂的合成相圖，用于P2/O3結構Na_0.85Mn_0.6Ni_0.4O₂平臺材料的預篩選和合理選擇。此外，在元素取代中利用陽離子電位進一步促進材料結構穩定性和電化學性能。

圖1 P2-和O3-型層狀正極材料的晶體結構及其Na配位結構

這項工作制備了幾種經濟高效的O3和P2/O3雜化正極材料，它們都表現出優異的性能。此外，這些材料均不含Co，而且Ni含量較低，因此通過使用地球上豐富的元素并提高空氣穩定性以降低加工成本，從而有利于具有成本效益的SIB。

特別是，Na_0.85Mn_0.5Ni_0.4Ti_0.1O₂在2-4 V下可提供~130 mAh/g的高比容量，并且在1C下循環500次后具有91%的容量保持率。這項工作發現了多種高性能和低成本的鈉離子電池正極材料，并為未來層狀正極材料的合理設計提供了重要指導。

圖2 Na_0.85Mn_yNi_zM_1?y-zO₂正極的電化學性能

A General Strategy for Batch Development of High-Performance and Cost-Effective Sodium Layered Cathodes. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106371

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Nano Energy：批量開發高性能、低成本的鈉層狀正極的一般策略

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