南开大学JACS！钠电池阴极材料实现高容量与零应变！
文章来源：新能源网 更新时间：2025-03-06 16:00:20
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研究背景
钠离子电池作为电化学储能领域的新星，备受关注。然而，在设计高能量密度阴极材料时却面临难题：在（脱）钠过程中，材料容易产生结构应变，难以兼顾容量与稳定性。这种容量 - 稳定性的权衡困境，严重制约了钠离子电池的发展，急需找到创新的解决办法，以满足日益增长的储能需求。 成果简介 在这项研究中，南开大学的研究人员开发出一种 P2 层状双硅酸锂取代的 Na0.7Li0.03 [Mg0.15Li0.07Mn0.75] O2（NMLMO）阴极材料，Li 离子同时占据过渡金属（TM）和碱金属（AM）位点。理论计算和实验表征显示，占据 TM 位点的 Li 会产生 Na−O−Li 电子构型，提升氧阴离子氧化还原产生的容量；占据 AM 位点的 Li 则像 LiO6 棱柱柱，抑制有害相变，稳定分层结构。NMLMO 在 1.5 - 4.6V 宽电压范围内，展现出 266mAh g−1 的高比容量，且具备接近零应变的特性。 图文导读 材料结构与形貌：通过 HAADF - STEM、SAED 等技术，观察到 NMLMO 材料的蜂窝状层状超晶格结构，以及元素分布情况，为理解其性能提供结构基础。 电化学性能：对比 NMMO 和 NMLMO，NMLMO 在充放电曲线、循环性能等方面表现更优，展现出高容量和良好的循环稳定性。 电子结构与电荷补偿：计算 pDOS 和 XANES 光谱表明，Li 离子在不同位点的作用不同，TM 位点 Li 促进氧氧化还原贡献容量，AM 位点 Li 稳定结构。 结论 研究人员成功开发出 NMLMO 阴极材料，打破了钠电池阴极材料容量 - 稳定性的权衡困境。该材料不仅比容量高，结构稳定性也十分优异，充放电时晶格体积变化仅 1.2%。研究还揭示了 Li 离子在不同位点的作用机制，为提高电池材料性能提供了新方向。这一成果有望推动钠离子电池技术进步，在储能领域实现更广泛的应用，为能源存储带来新突破。 |
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