胡勇胜EnSM：钠离子电池的新型高镍O3-Na[Ni0.60Fe0.25Mn0.15]O2正极

newbee

2020-05-20

在过去的十年中，钠离子电池（NIB）取得了长足的发展。到目前为止，人们已经开发出了多种高性能的正极材料，包括层状氧化物，聚阴离子化合物和普鲁士蓝类似物。在Na嵌入型正极材料中，由于O3型的Na_xTMO₂层状过渡金属氧化物具有高的比容量和灵活的合成工艺，被认为是最有前途的类型之一。但是，它们通常在高度脱氧状态下会发生结构破坏。为了开发出稳定且高容量的O3型Na离子正极，中国科学院物理研究所胡勇胜，陆雅翔和Xiaohui Rong等人成功制备了一系列富Ni的O3–Na[Ni_xFe_yMn_1-xy]O₂（x=0.6、0.7和0.8）氧化物正极，并且系统的研究了其在高压下的相转变行为。

本文要点：

1） 结合电化学测量和结构表征，在2.0-4.2 V的电压范围内，证明了Na⁺（脱）插层过程中O3到O'3，P3，O3''相的结构转变。

2） 揭示了高电压容量的衰减机制：a)由于晶体结构中Na⁺的减少，导致高压相的热力学不稳定性；2）高压相演化过程中体积变化大，Na⁺扩散动力学较差；3）在正极颗粒的表面上形成微裂纹和正极/电解质界面。

3） 可以通过设定4.0 V合理截止电压，以防止形成O3''相并减少电解质的分解，从而具有约152 mAh g^-1（467 Wh/kg）的高可逆容量。在0.5C下200次循环后具有约84％的优异容量保持率，显示出出色的Na储存性能。

Feixiang Ding, et al., A Novel Ni-rich O3-Na[Ni0.60Fe0.25Mn0.15]O2 Cathode for Na-ion Batteries, Energy Storage Materials, 2020

DOI: 10.1016/j.ensm.2020.05.013

https://doi.org/10.1016/j.ensm.2020.05.013