Angew. Chem. :双相共生增强层状锰基氧化物阴离子氧化还原性能

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基于丰度元素构筑高性能、低成本的正极材料对于钠离子电池可持续发展意义重大。近年来,层状过渡金属氧化物凭借阴离子氧化还原反应(ARR)引人瞩目,研究者们通过激活氧氧化还原释放了超出过渡金属理论极限的比容量。然而在富钠氧化物中实现ARR多以4d或5d过渡金属为基础构型,不适合规模化应用推广。另一方面,高程度的氧氧化还原总是伴随不可逆的氧析出和结构损坏,不利于钠离子电池的长期循环和管理系统的监测。


近日,同济大学马吉伟教授与法国索邦大学王勍博士合作,以无Co/Ni的O3-NaLi1/3Mn2/3O2为研究对象,通过固相烧结法精准控制O3/P2双相共生,显著增强了ARR的可逆性和动力学效应,构筑了兼具高比容量与高倍率性能的钠离子电池正极材料。



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该团队通过精准控制烧结气氛,构筑了一系列具有不同O3/P2双相共生成分的富钠NaLi1/3Mn2/3O2材料。将t=210 min的样品记为O3/27P2(73% O3/27% P2),在透射电镜下能够观察到清晰的两相晶格。通过半电池表征,发现双相共生材料随着P2相比例的提高,比容量和初始库伦效率随之增加。

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与O3或P2单相材料相比,O3/27P2通过氧阴离子的氧化释放出高达260 mAh g−1的充电比容量,且经历不同倍率的充放电循环后双相正极的可逆比容量得到明显提高;即使在1C的倍率下循环100次,O3/27P2仍展现出84.37%的容量保持率。与已经报道的单/双相层状氧化物、高熵氧化物和聚阴离子型化合物相比,  


O3/P2-NaLi1/3Mn2/3O2双相正极具有更优越的能量密度和功率密度。

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借助XAS、EPR 和XPS等表征技术,提供了P2相共生带来的额外比容量和改善倍率性能的谱学证据;原位DEMS和XRD揭示了O3/P2共生材料在抑制不可逆氧释放和稳定结构演化等方面的效果显著。


此外,该O3/P2双相材料基于丰度元素Mn基氧化物,在钠离子电池中表现出高可逆比容量、良好的循环稳定性和倍率性能,为设计低成本、高性能富钠层状氧化物提供了一种利用双相共生激发可逆ARR的新策略。

文信息

Enhancing Reversibility and Kinetics of Anionic Redox in O3-NaLi1/3Mn2/3O2 through Controlled P2 Intergrowth

Yihang Yang, Dr. Qing Wang, Jingrong Hou, Dr. Jie Liu, Tianyi Sun, Prof. Mingxue Tang, Prof. Chien-Te Chen, Prof Chang-Yang Kuo, Prof. Zhiwei Hu, Tingting Zheng, Prof. Guochun Yan, Prof. Jiwei Ma


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202411059

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