固相电化学界普遍存在两相转变反应,但在钠离子电池(SIBs)中,由于大尺寸Na+的抽出和插入,常会引起结构的劣化重排,从而导致严重的局部应变、裂纹和容量衰减。
近日,南开大学李福军教授通过在TMO2层中掺入Ni和Ti,合成了用于SIBs的正极材料P‘2-Na0.653NMT。
文章要点
1)研究发现,O(2p)-Mn(3d-eg*)在P‘2-Na0.653NMT中的增强杂化提高了其结构稳定性,收缩了TMO2板层,扩大了Na层间距,缓解了MnO6八面体的Jahn−-Teller扭曲。相变势垒的减弱导致高电压下P‘2-Na0.348NMT到OP4-Na0.104NMT的稳态固溶体路径,以及低电压下P’2↔P“2的相变被抑制。P‘2-Na0.653NMT的单相转化途径也有利于Na+的转运。
2)基于氧化还原对Mn3+/Mn4+和Ni2+/Ni3+,P‘2-Na0.653NMT具有很大的可逆容量(185 mA h g−1),并具有出色的倍率性能和卓越的循环稳定性。
在层状氧化物中,相变过程中的稳态固溶体途径很少被报道,这将为获得先进的正极材料提供一种新的途径。
参考文献
Meng Ren, et al, Homeostatic Solid Solution in Layered Transition-Metal Oxide Cathodes of Sodium-Ion Batteries, J. Am. Chem. Soc., 2022
DOI: 10.1021/jacs.2c09725
https://doi.org/10.1021/jacs.2c09725