由于钠资源储量丰富且成本低廉，室温钠离子电池在未来大规模储能应用上表现出巨大的潜力，近两年已经在低速电动车和储能电站上成功实现了应用示范。O3层状过渡金属氧化物具备制备工艺简单、比容量高、首周库仑效率高和环境友好等优点，得到了研究人员的广泛关注。为了进一步发展具有高容量和长循环性能的钠离子电池正极材料，开发高镍O3-NaTMO2正极材料有望成为解决这一问题的有效策略。
近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源重点实验室E01组博士生丁飞翔和赵成龙在胡勇胜研究员、陆雅翔副研究员、容晓晖博士的指导下，采用共沉淀法合成了一系列O3-Na[NixFeyMn1-x-y]O2 (x=0.6、0.7和0.8)正极材料，通过结合电化学测试和原位/非原位结构表征，系统研究了高镍O3型正极材料的储钠机制、镍含量（铁锰替代量）与储钠性能之间的关系。
结果表明，组成为Na[Ni0.60Fe0.25Mn0.15]O2（O3-NNFM）的材料具有较好的综合性能，在2.0-4.2 V的电压范围内显示出190 mA·h/g的比容量，并伴随着O3-O'3-P3-O3''的相转变过程。
通过对充电截止电压进行优化，发现当截止电压降低到4.0 V时可以有效避免O3’’相的形成和抑制电解液的分解，获得优异的半电池和全电池电化学性能，其综合性能甚至优于一些已报道的含钴高镍NNCM正极材料。进一步，将该正极材料作为模型材料与课题组开发的高容量酚醛树脂基硬碳负极组装成钠离子全电池，获得345 Wh/kg的比能量。
该工作不仅为钠离子电池提供了一种具有发展潜力的高容量正极材料，而且对该材料失效的原因进行了深入的剖析，为高比能钠离子电池正极材料的设计提供了新的思路。