近日，我院杨勇教授团队与国际电池材料企业优美科（Umicore）公司通力合作，在钠离子电池层状氧化物正极材料领域取得重要研究进展。相关研究成果以“Promoting Synthesis of Single Crystalline O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 with Cu/Ti doping for Sodium-ion Batteries”为题，发表于Advanced Energy Materials。
随着大规模储能时代的到来，钠离子电池因其资源丰富、成本低廉等优势成为新型电池体系的研究热点。本工作创新性提出铜/钛协同共掺杂的策略，成功实现了在相对温和的烧结条件下（950 °C），将多晶NFM111转化为单晶Na[Ni1/3Fe1/3Mn1/3]0.9Cu0.05Ti0.05O2 (NFMCT)。研究团队通过原位/非原位X射线吸收谱（XAFS）和俄歇电子能谱（AES），首次清晰捕捉并证实了铜在高温下的价态转变（Cu²⁺ → Cu⁺）。由于Cu⁺与O²⁻的键能（150-200 kJ/mol）远低于Cu²⁺-O²⁻（343 kJ/mol）及其他过渡金属-氧键，Cu⁺在晶格中具有极高的迁移率。其优先迁移会创造大量的过渡金属空位，从而有效促进晶界的移动与融合，最终驱使无数小晶粒融合成一个完整的单晶颗粒。对比实验表明，单一的铜掺杂会破坏晶格电荷平衡，诱发电化学惰性的NiO杂相析出，而钛（Ti⁴⁺）的引入恰好补偿了价态，确保了晶体结构的纯净与电化学活性，是获得高性能单晶材料不可或缺的环节。
本工作不仅提供了一种高效、可规模化合成单晶钠离子电池层状正极材料的创新策略，更重要的是从原子迁移和空位效应的深度，阐明了铜诱导单晶生长的内在物理化学机制，这一机理对其它体系单晶电极材料的开发具有普适性的指导意义。
本工作在我院杨勇教授指导下完成，2025届硕士生解晨鹏为论文第一作者。该工作得到厦门市重大科技计划项目（3502Z20231059）的支持。
论文链接：DOI :10.1002/aenm.202504771
