在O3型高度阴极材料中通过Na空位工程双重增强空气稳定性和Na+扩散动力学

科学领域:

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背景情况:

• 用于离子电池的O3型分层氧化物在高电压 (>4.0V) 时会出现缓慢的动力学和相位过渡.
• 这些问题导致低速率能力和显著的容量退化,限制了实际应用.

研究的目的:

• 通过采用高的策略来解决O3型层氧化物的局限性.
• 优化 (Na) 含量,并引入Na空缺,以提高电化学性能.

主要方法:

• 对O3型层状氧化物应用的高策略.
• 调节Na含量以创建和优化Na空缺度.
• 在现场衍射分析以研究循环过程中的相位过渡.

主要成果:

• 降低的Na含量 (Na$_{0.8}$) 增强了Na$^{+}$扩散动力学和结构稳定性,相比于立体计Na$_{1}$材料.
• 纳空缺增加过渡金属的价值状态,改善抗氧化能力.
• 纳米电极在0.1°C时显示出更好的容量 (137.8 mAh g$^{-1}$) 和循环稳定性 (在0.5°C200个循环后保持82%).
• 在现场衍射证实了O3到P3相变的抑制.

结论:

• 缺乏Na的O3型阴极表现出增强的速率性能和循环稳定性.
• 优化Na空缺是开发高性能离子电池材料的可行策略.
• 这些发现使得Na-deficient O3型阴极成为大规模离子电池应用的前景.