近日，原子能院核物理研究所中子散射团队基于中国先进研究堆高分辨粉末中子衍射谱仪，通过引入锰离子空位，首次实现了材料由无序结构转为有序结构，设计出大电流、长稳定性能的正极材料。材料呈现出良好的大电流充放电能力，在12分钟快充快放条件下，可释放超过80%的放电容量，以及1000次充放电后依然可达72%的容量保持率。在充放电过程中，该材料未发生相变，属于全固溶机理、零应变特征的高性能材料。
该研究结果发表在材料科学领域国际顶级期刊《Energy Storage Materials》 (《能源存储材料》)，影响因子为18.9，文章第一作者为原子能院李正耀研究员，通讯作者为原子能院孙凯研究员、陈东风研究员及上海大学宁芳华博士。
层状过渡金属氧化物材料因具有理论容量高、离子电导率高及合成简单等优势，是具有广泛应用前景的正极材料之一。但缓慢的钠离子扩散动力学、高电压下不可逆的有害相变导致的巨大应变及体积变化等问题，严重制约着电池性能的进一步提升。
原子能院中子散射团队借助中国先进研究堆高分辨粉末中子衍射谱仪，发现镍/锂/空位与锰离子在过渡金属中形成了一种蜂窝状有序结构，有效调控了局域晶体结构。团队首次提出一个概念——“约化尺寸”，合理解释了局域晶体结构变化及其对性能的影响。 理论计算进一步表明，材料极佳的性能来源于增强的钠离子扩散动力学，以及形成有序结构降低了带隙宽度，为后续研发高性能层状正极材料提供了理论基础与技术支持。
材料的蜂窝状有序结构、长循环稳定性能及结构演化与零应变特征
我国高度重视钠离子电池的研发应用。2022年，钠离子电池被列入《“十四五”能源领域科技创新规划》;2023年，工业和信息化部等六部门联合发布《关于推动能源电子产业发展的指导意见》，明确加强新型储能电池产业化技术攻关。此次成果的取得，是中国先进研究堆自2023年正式对外开放应用以来的重要进展之一。中国先进研究堆中子科学平台拥有15台中子科学谱仪，性能指标整体达国际先进水平、部分达国际领先水平，可开展中子散射、中子成像、中子活化分析、材料辐照、核素生产等多种研究，已服务于国内外百余家单位用户的实验课题研究，取得一系列重要科研成果。
