O3型层状氧化物材料由于其较高的容量而被认为是Na离子电池最有希望的正极之一,但是,它们通常在高度脱氧状态下遭受结构破坏。为了实现稳定/高容量的O3型Na离子正极,中国科学院物理研究所胡勇胜、Xiaohui Rong和Yaxiang Lu等人成功制备了一系列富Ni的O3-Na [NixFeyMn1-x-y]O2(x=0.6、0.7和0.8)氧化物正极,并在高压下进行了系统的研究。
本文要点:
1)结合电化学测量和结构表征,在2.0〜4.2 + V的电压范围内,证明了Na+脱嵌过程中O3到O'3,P3,O3''相的结构转变。
2)揭示了高压容量的衰减:
(1)由于晶体结构中Na+的减少,导致高压相的热力学不稳定性;
(2)高压相演化过程中体积变化大,Na+扩散动力学较差;
(3)在正极颗粒的表面上和正极/电解质界面上形成微裂纹。
3)为解决上述问题,研究者设定了合理的上限截止电压4.0 V,以防止形成O3''相并减少电解质的分解,从而致使约152 mAh g-1(〜467 Wh kg)的高可逆容量。在0.5C下200次循环后具有约84%的容量保持率,显示出出色的储Na性能。
Feixiang Ding, et al. A Novel Ni-rich O3-Na[Ni0.60Fe0.25Mn0.15]O2 Cathode for Na-ion Batteries, Energy Storage Materials, 2020.
DOI:10.1016/j.ensm.2020.05.013
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829720301859