近日，北京工业大学固体所隋曼龄教授团队在《Advanced Materials》（影响因子25.809）发表题为“Dopant segregation boosting high voltage cyclability of layered cathode for sodium ion batteries”的研究成果。该研究由北京工业大学闫鹏飞教授和隋曼龄教授与湖南大学邓辉球教授合作，通过透射电镜等多种表征技术和第一性原理计算，揭示了钠离子电池层状正极材料中掺杂元素在循环过程中的偏聚行为，并据此提出了沉淀相强化机制来提高层状正极材料循环稳定性的新思路。
钠离子电池是作为一种低成本的新型电池，有望替代锂离子电池的很多应用领域。掺杂或调制元素成分是实现钠离子电池的正极材料高容量和高稳定性的有效措施。然而，掺杂所带来的性能提升的机理研究还不够深入。
该研究工作发现掺杂对性能的提升的根本原因在于其能有效抑制裂纹的形核与扩展。并且通过透射电镜的系统观察发现，掺杂元素在循环过程中可以发生迁移和聚集，这有助于提高循环稳定性。同时，利用第一性原理计算，揭示了掺杂元素的迁移和偏聚与正极材料脱钠深度密切相关，从能量角度给出了掺杂元素跃迁的路径和概率。该研究成果深化了对元素掺杂稳定材料性能的理解，同时，也为稳定正极材料的设计提供了一个新设计理念。
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