文 章 信 息
高熵O3型正極非均勻配位環(huán)境抑制層間滑移實(shí)現(xiàn)持久鈉存儲(chǔ)
第一作者：趙盛宇
通訊作者：趙玉峰*
單位：上海大學(xué)
研 究 背 景
O3 型層狀氧化物因其高能量密度和簡(jiǎn)單的合成方法，被認(rèn)為是鈉離子電池（SIBs）的理想正極材料。然而，它在充放電循環(huán)過(guò)程中會(huì)發(fā)生復(fù)雜的相變和明顯的結(jié)構(gòu)退化，導(dǎo)致嚴(yán)重的體積應(yīng)變和循環(huán)性能低下。此外，大部分O3型正極材料在空氣中不穩(wěn)定，限制了其大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。
文 章 簡(jiǎn) 介
近日，來(lái)自上海大學(xué)的趙玉峰教授，在國(guó)際知名期刊Angewandte Chemie International Edition上發(fā)表題為“Inhomogeneous Coordination in High-entropy O3-type Cathodes Enables Suppressed Slab Gliding and Durable Sodium Storage”的研究論文。該研究報(bào)道了一種基于高熵設(shè)計(jì)合成的O3型層狀正極材料（NaNi0.29Cu0.1Mg0.05Li0.05Mn0.2Ti0.2Sn0.11O?）。研究表明，這種獨(dú)特的構(gòu)型具有非均勻的過(guò)渡金屬（TM）元素配位環(huán)境，同時(shí)理論和實(shí)驗(yàn)證明了其在脫鈉過(guò)程中TMO?層的滑移勢(shì)壘顯著提高（-0.38 eV vs -0.58 eV），這是高熵氧化物材料具備優(yōu)異結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的根本原因。因此，該材料有效避免了傳統(tǒng)O3型正極材料中的復(fù)雜相變（O3-O''3-P3-P''3-P3''-O3''），展現(xiàn)出卓越的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和完整性，并在準(zhǔn)固態(tài)電池中實(shí)現(xiàn)了超長(zhǎng)循環(huán)壽命（在2 C條件下經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后容量保持率為73.2%）。此外，該材料表現(xiàn)出優(yōu)異的空氣穩(wěn)定性，即使直接在空氣中暴露時(shí)，結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能幾乎沒(méi)有明顯退化。基于該正極材料的Ah級(jí)軟包電池經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后，容量保持率達(dá)到83.6%，表明其在商業(yè)化應(yīng)用中具有巨大潛力。