层状过渡金属氧化物P2-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2在钠脱/嵌过程中通常会发生较大的相变和不同的Na空位有序性,导致容量下降较快,倍率性能较差。
近日,为了提高P2型正极的性能,中科院化学研究所郭玉国研究员,西安交通大学Peng-Fei Wang,Bing Xiao设计了一种基于多金属离子协同效应的有效策略。
文章要点
1)四价钛的作用提供了高的氧化还原电位,非活性的二价镁稳定了结构,一价锂平滑了电化学曲线。结合operando X射线衍射、operando X射线吸收光谱和密度泛函理论(DFT)计算,研究人员发现,多金属离子通过增加过渡金属板条滑移的能垒,将不利的大体积P2-O2转变为适度的“Z”-共生结构。
2)结果表明,P2-Na0.7Li0.03Mg0.03Ni0.27Mn0.6Ti0.07O2电极具有134 mAh g−1的可逆容量,3.57 V的工作电压,优异的循环稳定性(200次循环后容量保持率为82%)和优异的倍率性能(4 C时为110 mAh g−1)。用硬碳负极制造的全电池能量密度达到296 Wh kg−1。
本研究为合理设计具有这种功能化的正极材料,提高钠离子电池的电池性能提供了一条途径。
参考文献
Zhiwei Cheng, et al, Mitigating the Large-Volume Phase Transition of P2-Type Cathodes by Synergetic Effect of Multiple Ions for Improved Sodium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2022
DOI: 10.1002/aenm.202103461
https://doi.org/10.1002/aenm.202103461