正极容量保持能力差是钠离子电池(SIB)发展的瓶颈之一。佐治亚理工学院Hailong Chen课题组在之前的工作中,按照在过渡金属层中进行锂掺杂来稳定结构的策略,合成的Na0.6Li0.2Mn0.8O2在1.5-4.5 V窗口内表现出非常高的初始容量,并具有相当好的容量保持能力,此外,分析出容量衰减的原因之一是循环过程中锂的损耗,因此,在长期循环中将Li-掺杂剂保持在过渡金属层中是稳定层状结构的关键。
鉴于此,该课题组设计在过渡金属层中共掺杂了Li和Fe,成功合成了一种新型层状氧化物正极P2- Na0.66Li0.18Fe0.12Mn0.7O2,由Fe3+/Fe4+引起的较高氧化还原电压有助于在循环过程中使Li仍保持在晶格里。最终,该材料在1.5~4.5V的宽电压范围内初始容量高达190 mAh g-1,80次循环后的容量保持率为~87%。出色的稳定性归因于锂在循环过程中的可逆迁移和消除有害的P2-O2转变, 通过非原位和原位XRD和固态核磁共振(NMR)光谱揭示。
Lufeng Yang, Xiang Li, Jue Liu, Shan Xiong, Xuetian Ma, Pan Liu, Jianming Bai, Wenqian Xu, Yuanzhi Tang, Yan-Yan Hu, Meilin Liu, Hailong Chen, Lithium-doping stabilized high-performance P2-Na0.66Li0.18Fe0.12Mn0.7O2 cathode for sodium ion batteries. J. Am. Chem. Soc., 2019.
DOI: 10.1021/jacs.9b01855