煅烧温度调控P2型Na0.67Fe0.5Mn0.5O2层状正极材料的结构与电化学性能优化研究

为解决钠离子电池（SIBs）层状正极材料因结构不稳定导致的容量衰减问题，研究人员通过溶胶-凝胶法合成P2型Na0.67Fe0.5Mn0.5O2（FM），系统研究煅烧温度对其层状结构、Na+扩散动力学及电化学性能的影响。结果表明，900°C煅烧的FM-900样品具有最大层间距（4.0044 ?）和最优Mn4+/Fe3+氧化还原活性，在0.1 C和1 C下分别实现169.1 mAh·g?1和110.4 mAh·g?1的高放电容量，循环200次后容量保持率达83.33%。该研究为通过煅烧工程调控层状氧化物正极材料提供了新思路。

　　

随着电动汽车等新能源应用的快速发展，锂资源短缺问题日益凸显，钠离子电池（SIBs）因其原料丰富、成本低廉成为最具潜力的替代储能技术。然而，正极材料的结构不稳定性和缓慢的离子传输动力学严重制约其实际应用。P2型Na_xTMO₂层状氧化物虽具有高理论容量，但面临Jahn-Teller畸变、Na⁺/空位有序化等问题，导致循环性能急剧下降。内蒙古自治区自然科学基金等项目支持的研究团队通过精确调控煅烧温度，揭示了P2型Na_0.67Fe_0.5Mn_0.5O₂（FM）材料的结构-性能关系，相关成果发表在《Vacuum》。

研究采用溶胶-凝胶法合成FM前驱体，分别在800°C、900°C和1000°C煅烧制备样品。通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）分析晶体结构，X射线光电子能谱（XPS）表征元素价态，恒电流间歇滴定技术（GITT）和电化学阻抗谱（EIS）评估Na⁺扩散动力学，系统考察不同煅烧温度对材料性能的影响。

材料合成与结构表征
XRD精修显示所有样品均为纯相P2型结构（空间群P63/mmc），其中900°C煅烧的FM-900具有最大层间距（4.0044 ?）。TEM证实其晶格条纹清晰，对应(002)晶面间距扩大，为Na⁺扩散提供更宽敞的通道。

电化学性能优化
FM-900在0.1 C和1 C下的放电容量分别达169.1 mAh·g^?1和110.4 mAh·g^?1，优于其他温度样品。循环测试显示其在26 mA·g^?1和260 mA·g^?1下80次和200次循环后容量保持率分别为78.96%和83.33%，表明高温煅烧有效抑制了结构退化。

氧化还原机制与动力学分析
XPS揭示FM-900中Mn⁴⁺含量显著提高（71.3%），Fe³⁺/Fe⁴⁺氧化还原活性增强，共同缓解了Mn³⁺引发的Jahn-Teller畸变。GITT计算表明其Na⁺扩散系数（1.24×10^?10 cm²·s^?1）较FM-800提升近3倍，EIS显示电荷转移电阻降低至68.4 Ω，证实优化的煅烧温度可同步改善离子/电子传输。

该研究通过煅烧工程实现了P2型正极材料晶体结构、电子结构和离子传输特性的协同调控，为解决层状氧化物正极的结构失稳问题提供了普适性策略。FM-900展现的高容量、优异倍率性能和循环稳定性，为开发低成本、高性能钠离子电池正极材料指明了方向，对推动钠电产业化进程具有重要意义。