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需求背景

钠离子电池由于资源丰富、成本低廉和环境友好等优势被认为是大规模储能的理想选择。由于层状过渡金属氧化物具有合成方法简单、理论比容量高和组分结构可控等优点，所以以层状过渡金属氧化物作为正极和硬碳作为负极的钠离子电池已经被设计为示范性电池。但是大多数的层状过渡金属氧化物在钠离子脱出与嵌入过程中往往经历不可避免的复杂相变。相变是钠离子电池正极材料不容忽视的过程，它不但可以决定层状氧化物的可逆比容量和库伦效率，而且还影响着钠离子电池的倍率性能和循环寿命。因此，如何改善和优化层状材料中的相变，提高层状材料储钠性能是设计和开发具有高比容量和高稳定性层状氧化物正极材料的关键。

需解决的主要技术难题

1.空气稳定性：层状过渡金属氧化物（如NaxMO2）对空气湿度敏感，易吸水转化，影响加工性能。

2.结构稳定性：在充放电过程中，随着Na+的嵌入/脱出，材料结构会发生较大体积变化，导致结构坍塌，循环稳定性变差。

3.能量密度和功率密度：钠离子半径较大，在电极材料中的迁移速度较慢，影响电池的能量密度和功率密度。

4.循环寿命和自膨胀问题：氧化物类材料虽有高能量密度和电化学活性，但循环寿命和自膨胀问题需要解决。

5.资源获取和成本控制：钠离子电池正极材料的研究还面临资源获取和成本控制等挑战。

期望实现的主要技术目标

1、通过控制热处理气氛选择性地合成具有类似的形貌、尺寸和但具有可控氧空位的多元层状材料Ni0.45Ti0.55O2。研究为抑制P2-Na0.6MnO2材料在高电压时P2-OP4相变带来的结构和储钠性能恶化；2、研究开发一种Ru掺杂的P2-Na0.6Mn0.93Ru0.07O2材料，探究应对Mn基层状材料在电化学过程中的复杂相变所带来的结构和储钠性能的恶化；3、测试开发一种新型无相变的层状材料Na2.3Cu1.1Mn2O7-8(NCM)，通过一系列改善和优化层状材料中相变的策略来研究确保层状材料在充放电过程中结构和电化学性能。

需求解析

解析单位：江苏省徐州市 解析时间：2024-11-21

张心创

徐州市人力资源学会

秘书长

综合评价

‌材料设计与改性‌：需要深入研究层状正极材料的设计原理，通过调整材料的晶格参数、层间距等，优化材料的电化学性能。同时，探索有效的改性方法，如元素掺杂、表面改性和纳米化技术，以提高材料的循环稳定性、倍率性能和能量密度。 ‌结构与性能关系‌：需明确层状氧化物正极材料的晶体结构、电子结构与电化学性能之间的关系，以便更好地调控材料的性能。 ‌高能量密度材料开发‌：研发具有高能量密度的层状正极材料，如通过引入特殊构型或优化材料组成，提升电池的容量和能量密度。 综上所述，钠离子电池层状正极新型材料的研发需注重材料设计与改性、结构与性能关系的研究以及高能量密度材料的开发‌。

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