通过多变量兴奋剂,抑制P3-O3'阶段过渡和增强O3型分层氧化物阴极的Na++扩散动力学
Zhe Xu1, Haidi Yang1, Xuesen Zhao1
1School of Materials Science and Engineering, Northeastern University, Shenyang 110819, People's Republic of China.
ACS applied materials & interfaces
|December 17, 2024
概括
用Cu,Mg和Ti对O3-NaNi1 / 3Fe1 / 3Mn1 / 3O2阴极进行多变量兴奋剂,通过提高动力学和结构稳定性来提高离子电池的性能. 这一策略提高了分层氧化物阴极的速率能力和循环寿命.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- O3-NaNi1 / 3Fe1 / 3Mn1 / 3O2由于其低成本和高容量,是离子电池的一个有前途的阴极材料.
- 限制包括缓慢的离子扩散动力学和高电压下有害的P3-O3′相转换,导致低速率能力和容量色.
- 这些问题阻碍了这种其他有吸引力的正极材料的实际应用.
研究的目的:
- 通过采用多变量兴奋剂策略来解决O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2阴极的局限性.
- 提高离子扩散动力学和结构稳定性,特别是在高电压下.
- 为了提高离子电池的速率能力和长期循环性能.
主要方法:
- 合成一个多变量合阴极材料:O3-Na(Ni1/3Fe1/3Mn1/3) 0.9Cu0.03Mg0.02Ti0.05O2 (NFMCMT).
- 电化学表征以评估速率能力,循环性能和容量保留.
- 结构分析以调查兴奋剂对Na+扩散通道和相位过渡抑制的影响.
主要成果:
- 该NFMCMT阴极显示了扩大的Na+扩散通道和加强的分层结构.
- 兴奋剂策略有效地抑制了有害的P3-O3'相位过渡,并抑制了细胞内疲劳裂.
- 实现了卓越的电化学性能:151.2 mAh g-1在0.1 C下保持81.5%的100个循环的保留率,83.1%的300个循环的保留率在5 C下保持115.6 mAh g-1和100.1 mAh g-1的高容量,即使在5 C和10 C下也保持.
结论:
- 用Cu,Mg和Ti进行多变量兴奋剂是一种有效的策略,可以克服O3-NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2阴极的局限性.
- 对于离子电池来说,NFMCMT阴极表现出显著提高的速率能力和循环稳定性.
- 这项工作为为下一代离子储能开发高性能分层氧化物阴极提供了可行的方法.
