【本站讯】近日，我校材料科学与工程学院邢伟教授团队在新型离子电池领域取得系列进展。相关研究成果先后刊发在Advanced Energy Materials《先进能源材料》、ACS Energy Letter《ACS能源快报》、ACS Nano《ACS纳米》、Nano Energy《纳米能源》等重要学术期刊。该系列工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目资助。

（1）构建了“钾-有机碘电池”新电池体系，获得了高能量密度的钾离子存储器件。

有机活性材料具有结构多样性和活性位点可调节的优点，用作储钾正极材料有希望获得高容量、高能量密度的钾-有机电池。然而，此类材料在电解液中的高溶解问题严重制约了电池性能的发挥。对此，团队通过主-客体盐化机制将一种高活性位点的有机材料（乙基紫精，EV）与高反应电位的碘负离子（I-） 结合，设计出了EV-I2复合材料，成功克服了活性材料在电解液中的溶解-穿梭问题，同时实现了钾-有机电池高能量密度的性能突破。该工作以题为“Multiple Working Mechanisms Enabled by an Iodized Organic Salt Cathode for High Energy Density Potassium-Organic Batteries”发表在ACS Energy Letter.（2023, 8, 5152-5160）上，2021级博士生周莉为第一作者，我校邢伟教授、中国石油大学（北京）崔永朋副教授为共同通讯作者，中国石油大学（华东）为第一通讯单位。

（2）明晰了钠离子电池中结晶水对增强电极结构稳定性的影响机制，实现了高稳定钠全电池器件的构建。

普鲁士蓝（PB）是钠离子电池中最具有商业前景的正极材料之一。PB材料的结构稳定性与其开放的3D框架中存在的结晶水直接相关。然而，是否所有形式的结晶水均对PB材料的结构稳定性有不利影响，目前还缺乏共识。目前，人们普遍认为间隙水是PB结构稳定的“麻烦制造者”，而配位水的作用尚不明确，目前的表征方法不能有效地区分配位水和间隙水。为此，团队通过各种在线监测技术研究了各种形态的结晶水对普鲁士蓝正极材料结构和电化学性能的影响。其中，微量配位水可以替代空位中-N≡C-FeLS-C≡N-共轭结构，对稳定晶格具有重要作用；间隙水不仅降低FeLS的氧化还原活性，而且与电解液发生副反应，严重危害电化学性能。相关成果以题为“Elaborating the Crystal Water of Prussian Bluefor Outstanding Performance of Sodium IonBatteries”发表在ACS Nano（2024, 18, 4, 3542–3552）上。21级硕士生葛丽娜、21级博士生宋以俊为本文共同第一作者，我校邢伟教授、中国石油大学（北京）崔永朋副教授为共同通讯作者，中国石油大学（华东）为第一通讯单位。

（3）基于系列先进原位表征与理论计算，解密了锂离子电池无钴、单晶高镍正极材料的结构衰退、热失效机制。

无钴高镍正极材料具有低成本、结构稳定性好等优点，被认为是下一代高能量密度的锂离子电池正极材料的重要候选者。长期以来，锰被认为是晶格氧和结构稳定性的起源，而不可避免存在的Li/Ni混排对稳定结构的作用，却一直被低估。团队首次提出了Li/Ni混排的双重氧稳定机制，揭示了无钴高镍正极材料的真正稳定性起源是Li/Ni混排，而非传统认知的Mn的稳定作用。同时提出了如何从结构设计上稳定晶格氧/层状结构的前瞻性策略，为碱金属氧化物正极材料的结构设计与调控提供了广泛的指导和借鉴意义。该成果以题为“Li/Ni Intermixing: The Real Origin of Lattice Oxygen Stability in Co-Free Ni-Rich Cathode Materials”发表在Advanced Energy Materials（2024, 14, 7, 2303207）上。2021级博士宋以俊为第一作者，我校邢伟教授、山东科技大学薛庆忠教授、燕山大学唐永福教授、中国石油大学（北京）崔永朋副教授为共同通讯作者，中国石油大学（华东）为第一通讯单位。

高镍正极材料的热稳定性差，容易导致电池的热失控，已经成为锂离子电池发展的主要安全威胁。本文通过一系列先进的原位/非原位的表征技术，诊断了单晶/多晶高镍正极材料从表面到体相的热失效过程，提出了一个涉及到氧扩散距离、机械应力和温度等因素氧释放动力学模型，揭示了单晶高镍具有稳定的深度依赖的梯度氧释放的动力学特征，而多晶高镍具有沿晶界加速的氧释放动力学特征。该成果以题为“Revealing the origin of high-thermal-stability of single-crystal Ni-rich cathodes toward higher-safety batteries”发表在Nano Energy（2023, 116, 108846）上。2021级博士宋以俊、中国石油大学（北京）崔永朋副教授为第一作者，我校邢伟教授、山东科技大学薛庆忠教授、燕山大学唐永福教授为共同通讯作者，中国石油大学（华东）为第一通讯单位。

论文链接如下：

https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.3c02328

https://doi.org/10.1002/aenm.202303207

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2023.108846

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c11169