日前，馬紫峰教授領銜上海交通大學和中聚電池研究院研發(fā)團隊與美國能源部阿貢國家實驗室化學科學與工程部Khalil Amine研究小組合作就鈉離子電池NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2正極材料在循環(huán)過程中的相轉變進行了研究，首次發(fā)現(xiàn)了循環(huán)過程中兩相共存產(chǎn)生非平衡固溶體Na1–δNi1/3Fe1/3Mn1/3O2(0 <δ< 1)。為發(fā)展長壽命鈉離子電池奠定了良好的研究基礎。相關研究結果以In operando XRD and TXM study on the metastable structure change of NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2 under electrochemical sodium ion intercalation為題發(fā)表在國際知名刊物《先進能源材料》（Advanced Energy Materials, 2016, 1601306）。
通過XRD、 TXM-XANES技術對鈉離子電池正極材料的結構演變進行了研究，其中Na1–δNi1/3Fe1/3Mn1/3O2的結構演變與截止電壓相關。當截止電壓為4.0 V時，會產(chǎn)生O3–P3–P3–O3六方相的可逆結構變化；當截止電壓為4.3 V時，在放電過程中會產(chǎn)生O3′和 P3′單斜相，并且隨著O3′–P3′–O3相轉變的變化，O3相會恢復。從反應機制和結構演變和可以得出Na1–δNi1/3Fe1/3Mn1/3O2需要較大的電化學電壓窗口，可用作能量密度高、循環(huán)穩(wěn)定性好的鈉離子電池正極材料。
馬紫峰等人還開發(fā)了公斤級NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2正極材料生產(chǎn)技術，并制作了1Ah軟包型鈉離子電池，在1C下進行循環(huán)500個周期后容量保持率仍高達73%，具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性，相關研究結果在美國電化學會會志發(fā)表（Journal of The Electrochemical Society,2016, 163 (3) A565-A570）。
圖1、Na1–δNi1/3Fe1/3Mn1/3O2電極循環(huán)過程中原位X射線衍射圖
圖2、將TXM和XANS結合追蹤NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2循環(huán)過程中的脫鈉反應
a) 脫鈉過程中操作TXM得到的Na1–δNi1/3Fe1/3Mn1/3O2結構變化和化學相分布圖；
b-d)Na1–δNi1/3Fe1/3Mn1/3O2原始樣品及不同充電狀態(tài)時所得樣品的XANES 譜圖：b- Ni、c- Fe 、d- Mn K邊吸收譜。
