Advanced Functional Materials：正极材料应变大，加锌离子搞定它

小学生

2020-02-17

过渡金属层状氧化物是一类重要的钠离子电池正极材料，其理论容量较高且易于合成，然而大多数层状氧化物在充放电过程中表现出复杂的相变行为，且往往伴随着较大的体积变化。由此产生的巨大的结构应力，导致了电极材料结构的坍塌和性能的衰减。鉴于此，武汉大学曹余良课题组和香港城市大学刘奇课题组设计合成了Zn取代的P2- Na_2/3Zn_1/4Mn_3/4O₂正极材料。研究发现，此种材料在充放电过程中只发生较小的晶格扭曲，原始材料在充放电中体积变化较大的P2-O2转变得到明显抑制。 

本文要点

1) 作者采用离子掺杂的手段制备出新型钠离子电池正极材料P2- Na_2/3Zn_1/4Mn_3/4O₂。掺杂锌离子之后，充放电过程中出现的“P2-O2”相转变过程被抑制，只发生较小的晶格扭曲，材料体积变化明显变小（最大值仅为1.0 %）。

2) 锌离子的加入诱导了晶格中氧原子的氧化还原反应，提高了材料的可逆容量和平均工作电压。同时，研究发现晶格氧参与的容量贡献与锌元素含量存在一定正相关性。

该研究表明，通过控制掺杂异种原子可以得到具有高稳定性和高容量的钠离子电池层状氧化物正极材料。

参考文献：

Yanxia Wang et al., Ultralow-Strain Zn-Substituted Layered Oxide Cathode with Suppressed P2–O2 Transition for Stable Sodium Ion Storage, Adv. Funct. Mater., 2020.

DOI：10.1002/adfm.201910327

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201910327