11月6日，由中科海钠开创者兼董事长胡勇胜研究员主导写作的钠离子电池论文《Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries》在世界顶级学术刊物《Science》上发表。该研究提出了一种简单的预测钠离子层状氧化物构型的办法，并在实验上证实了该办法的有效性，为低本钱、高性能钠离子电池层状氧化物正极材料的设计和制备提供了理论指导。据了解，这是《Science》创刊百余年来初次刊登钠离子电池范围有关文章，不只表明了国际主流科学界对该技术突破的看重，也佐证了国内钠离子电池前沿技术已比肩国际最顶尖水平。
11月6日，由中科海钠开创者兼董事长胡勇胜研究员主导写作的钠离子电池论文《Rational design of layered oxide materials for sodium-ion batteries》在世界顶级学术刊物《Science》上发表。该研究提出了一种简单的预测钠离子层状氧化物构型的办法，并在实验上证实了该办法的有效性，为低本钱、高性能钠离子电池层状氧化物正极材料的设计和制备提供了理论指导。据了解，这是《Science》创刊百余年来初次刊登钠离子电池范围有关文章，不只表明了国际主流科学界对该技术突破的看重，也佐证了国内钠离子电池前沿技术已比肩国际最顶尖水平。该研究参与人还包含中国科学院物理研究所陆雅翔副研究员，法国波尔多大学Claude Delmas教授和荷兰代尔夫特理工大学Marnix Wagemaker教授(一同通讯作者)等。
进步背景
近年来，伴随全球化学电池市场的飞速发展和大家对环境问题的日益看重，二次电池(又称可充电电池或蓄电池)这种能达成电能与化学能转化的新型储能技术，在新一轮能源变革中遭到广泛关注。其中，锂离子电池虽然已成为占据全球电化学储能规模市场80%份额的“绝对一哥”，但因为其资源的稀缺性和较高昂本钱，产业进步面临“天花板”，而资源储量丰富、本钱低廉的钠离子电池，便成为了最佳的补充。然而，钠离子电池的性能却遭到可用电极材料的限制，特别是以层状氧化物材料为主的正极材料的限制。
自1980年以来，锂离子层状氧化物(LiMO2)都是锂离子电池的主要正极材料，其堆积构型为O型(Octahedral，八面体)。与之相比，钠离子层状氧化物(NaxMO2)却具备O和P(Prismatic，三棱柱)两种构型，其中最容易见到的两种结构分别为O3和P2(数字代表氧最少重复单元的堆垛层数)。这两种结构的层状氧化物作为钠离子电池的正极材料时各有优势，但现在的技术方法仅可达成对合成出的材料进行物理表征以确定具体构型，没办法直接预测材料的堆积结构，这紧急妨碍了层状氧化物正极材料的性能设计和新型正极材料的发现。
科研动态
一般而言，O3相正极材料具备较高的初始Na含量，可以脱出更多的钠离子，具备较高的容量，适用于低速电动车、大规模储能范围;P2相正极材料具备较大的Na层间距，可以提高钠离子的传输速率和维持层状结构的完整性，具备优秀的倍率性能和循环性能，在充电桩、调频、数据中心等快充场景应用更具优势。在实质工业化产品研发中，假如能提前设计材料构型，便能精确适配和塑造最佳结构的钠离子电池化学体系，大大提升研发效率。
由胡勇胜带领的中科院物理所和中科海钠研究团队是全球最早关注该范围研究的团队之一。2016年，中国科学院物理研究所博士戚兴国(现中科海钠材料部经理)革新性地引入等效半径(等效半径即加权半径，是将过渡金属的半径乘以该过渡金属的含量)的定义来预测堆叠机构，为该课题研究首开思路。
后续研究时，胡勇胜团队在总结不同系列层状氧化物结构参数的过程中发现：O3和P2两种结构材料的Na层间距(d(O-Na-O))和M层间距(d(O-M-O))的比值有一个临界值1.62，比值高于1.62一般形成P2相，低于1.62易形成O3相。通过提升钠含量可获得O3相;反之，减少钠含量可获得P2相。
阳离子电位及其在钠离子层状氧化物中的应用(数据来源)
基于此，本次工作研究职员引入“阳离子势”，来表示阳离子电子密度及其极化率的程度，捕捉层状材料的重点相互用途，使预测堆积结构成为可能。通过合理设计和制备具备改良性能的层状电极材料，证明了堆叠结构决定材料的特质，为碱金属层状氧化物的设计提供了有效解决方法。
业内专家表示，该研究揭示了钠离子层状氧化物中O3型结构和P2型结构之间的角逐关系，提出了一种简单的预测堆叠结构的办法，优化了钠离子电池的制造环节，为进一步提升钠离子电池体系储能特质提供了精确指导。
产业化进展
中科院物理所研究员、中科海钠开创者兼董事长胡勇胜研究员作为本工作的主要研究成员之一，拥有十数年钠离子电池范围研发经验，且为该项技术的商业成就转化提供了丰富的产业化技术思路和应用平台。其创立的中科海钠成立仅三年，便已达成了钠离子电池的大规模量产，月产能突破30万只，并拥有数十项钠离子电池材料组成、结构、制造和应用的核心专利。
关于此次的研究成就在《Science》上发表，胡勇胜研究员表示，过去几年里，中科院物理研究所和中科海钠团队，就钠离子层状氧化物两种构型形成的影响原因展开了大量实验研究，并积极探索其在钠离子电池应用中的场景落地。作为专注于新一代储能体系钠离子电池研发与生产的高新技术企业，中科海钠期望能同更多行业内研究机构及企业展开交流合作，以市场需要倒推产品研发，推进钠离子电池的产业化应用!
