定制电子结构以实现高的Na层氧化物阴极的过渡金属氧化物最大利用
Feixiang Ding1,2, Haibo Wang1, Qinghua Zhang1
1Key Laboratory for Renewable Energy, Beijing Key Laboratory for New Energy Materials and Devices, Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China.
Journal of the American Chemical Society
|June 14, 2023
概括
这项研究通过使用阴离子和离子替代来增强高压过渡金属氧化还原活性来增强离子电池阴极. 这一战略增加了高能量密度应用的容量和循环稳定性.
科学领域:
- 材料科学
- 电化学
- 固态化学
背景情况:
- 层状氧化物正极利用阴离子和阳离子氧化还原对进行离子 (去) 干扰,从而有助于高特异容量.
- 这些氧化还原对的精确参与及其对含量的依赖尚未完全理解,这限制了阴极性能优化.
研究的目的:
- 研究低价值阴离子替代在调整电子结构以增强过渡金属 (TM) 氧化还原活性中的作用.
- 探索 Li+ 和 F- 离子同时替代对 Na+ 含量,TM 氧化还原作用和层状氧化阴极的结构稳定性的影响.
主要方法:
- 通过阴离子和离子替代合成一种新的高层氧化物阴极 (Na0.95Li0.07Cu0.11Ni0.11Fe0.3Mn0.41O1.97F0.03).
- 电化学表征,包括静电循环,以评估特定容量和长期循环稳定性.
- 分析电子结构和粘合特性,以将结构修改与电化学性能相关联.
主要成果:
- +替代增加了含量与可用的TM电荷转移的比率,促进了高电压TM氧化还原活性.
- 离子替代降低了TM-O键的共价性,减轻了循环过程中的结构变化.
- 修改后的阴极比高压TM提高了约29%的容量,并显示出出色的循环稳定性.
结论:
- 通过阴离子和离子替换同时调节电子和晶体结构是设计高能量密度电极的可行策略.
- 定制电子结构和减轻结构应变是释放分层氧化物阴极中高压氧化还原反应的全部潜力的关键.


