分层氧化物在暴露于空气时的结构依赖性降解机制

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
• 固态化学 固态化学

背景情况:

• 层状氧化物是离子电池 (SIB) 的有希望的阴极材料.
• 暴露在空气中可以诱导这些材料的离子干扰和电化学降解.
• 了解这种疾病的可逆性对于开发稳定的SIB至关重要.

研究的目的:

• 系统地研究P2型和O3型层状氧化物在空气腐蚀时发生的阴离子障碍的可逆性.
• 阐明空气储存期间P2和O3层氧化物的明显降解机制.
• 通过可逆阴离子乱来证明修复结构降解和改善电化学性能的潜力.

主要方法:

• 在暴露于空气后,对P2-Na_{0.75}${0.25}${0.25}${0.25}${0.5}$}${0.25}${0.25}${0.5}$}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}$}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}${0.25}$}${0.25}${0.25}${0.25}$}${0.25}${0.25}$}${0.25}${0.25}$}${0.25}$}${0.25}$}${0.25}$}${0.25}${0.25}$}${0.25}$}${0.25}$}${0.25}$}${0.25}$}${0.25}$}$}$}
• 理论计算来分析离子乱和相位过渡.
• 电化学测试,包括循环性能和容量保留,在空气储存和维修之前和之后.
• 分析涉及Na$^{+}$/H$^{+}$交换和H$_{2}$O间隙的降解机制.

主要成果:

• 在暴露于空气后,在P2-NNFM和O3-NNFM的表面观察到离子干扰.
• 由于Na$^{+}$/H$^{+}$的交换,O3-NNFM表现出不可逆转的离子乱.
• P2-NNFM通过H$_{2}$O间歇和随后的P2-OP4阶段过渡显示出可逆的阴离子障碍,可以通过Na$^{+}$再注射来修复.
• 经过修复的P2-NNFM在0.1°C下实现了120 mAh g$^{-1}$,在700个循环后保持了80.2%的容量,超过了原始状态.

结论:

• 在分层SIB阴极材料中,阴极失调的可逆性高度依赖于分层结构.
• P2层氧化物提供了一条可逆结构修复的途径,并通过受控的离子迁移改善了电化学稳定性.
• 这项研究提供了关于减轻空气灵敏性的关键见解,并提高了用于高能量密度SIB的分层氧化阴极的长期性能.