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在對鈉離子電池層狀氧化物正極材料的研究中，電化學惰性元素替代（特別是進入鈉層）是目前實現結構穩定和性能改善的有效策略。然而，這些惰性元素如何發揮作用的潛在機制仍不明確。

在此，北京科技大學劉永暢教授和鄧世清副教授等人基于對一系列P2-Na_0.84Mn_0.67Ni_0.3-xMg_x￡_0.03O₂的系統研究發現：不同位點的電化學惰性離子在調節局部結構和電化學性能方面發揮著關鍵作用。

具體而言，Na位Mg一方面可以顯著提高正極材料結構穩定性，有效抑制高壓區的相變（穩定效應）；另一方面過多的Na位Mg會阻礙快速充電/放電狀態下的鈉離子擴散（阻塞效應）。

研究發現，這兩種效應的最佳平衡可使Na_0.84Mn_0.67Ni_0.2Mg_0.10.03O₂（NMNM-1）正極具有優異的倍率和循環性能。NMNM-1正極在0.1 C和20 C時分別具有156.5和71.0 mAh g^?1的容量且在0.1 C下循環50次后容量保持率為98.3%。

圖1. Na_0.84Mn_0.67Ni_0.3-xMg_x￡_0.03O₂(x = 0, 0.05, 0.1, 0.2) ( x = 0 ?, 0.05, 0.1, 0.2)的電化學性能

此外，通過GITT 和原位XRD 進一步驗證了材料存在阻斷效應和穩定效應，為提出的機制提供了有力的證據。同時異位XAS和 XPS 闡明了陽離子和陰離子的價態變化，以及它們在充電/放電過程中在不同區域的容量貢獻。

總之，這項研究促進了對電化學惰性離子摻雜的兩個關鍵作用的理解，同時可用于指導對高性能鈉和鋰氧化物正極材料的研究。

北科劉永暢/鄧世清EnSM: 惰性元素替代在提高鈉氧化物正極材料倍率性能關鍵作用中的新見解

圖2. ?NMNM-1正極的儲鈉機制

New insights into the critical role of inactive element substitution in improving the rate performance of sodium oxide cathode material，Energy Storage Materials 2023，DOI: 10.1016/j.ensm.2023.01.005

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