通过协同策略调节P2型钠离子电池正极材料的阴/阳离子氧化还原反应

来源：中国科学材料

P2型钠离子电池正极材料中的阴离子氧化还原化学(O2−→O−)引起了广泛关注。但是如何调节阴离子氧化还原反应仍然是一个很大的挑战。近日，中国科学院大学刘向峰教授等人在Science China Materials上发表研究论文，通过一种集Li2SiO3包覆层、Li掺杂和Si掺杂三方优点的协同策略对正极材料Na0.67Mn0.5Fe0.5O2中阴、阳离子氧化还原反应的活性和可逆性进行了调控。改性后正极材料的初始容量、倍率性能和循环稳定性都得到了显著改善。

图1 改性前后正极材料的初始容量、倍率性能和循环稳定性的对比。

通过中子衍射、同步辐射X射线吸收谱、原位X射线衍射、电子顺磁共振、第一性原理计算等手段深入揭示了调控机理。Li2SiO3包覆层减轻了电极表面的副反应，提高了循环稳定性。Si4+掺杂扩大了钠层层间距，降低了Na+扩散势垒。此外，Si4+掺杂还增强了结构的稳定性以及氧的氧化还原活性和可逆性。Li+在Na位的掺杂进一步提高了结构的稳定性。电子密度云图证实了改性样品中Na和O活性较高。核密度云图和键价能谱确定了Na+从Nae向Naf的迁移途径。

图2 Na+从Nae向Naf的迁移途径。

本文所揭示的阴/阳离子氧化还原反应调控机理对其他氧化物正极材料的设计也具有指导意义。

该研究成果最近发表于Science China Materials, 2020, 10.1007/s40843-020-1318-4。