华中科大【AEM】P2型材料的秘密：如何调控Na的占位？

第一作者: Liu Siying

通讯作者: 杨凯/方淳

通讯单位: 华中科技大学

研究内容

p2型Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂ (NNMO)钠离子正极材料，具有成本低，使用温度范围宽等优势，但其循环稳定性和倍率性能差等缺点阻碍了它进一步应用。作者受已有研究的启发，发现离子半径较大的掺杂元素(相对于Ni²⁺和Mn⁴⁺)可调节钠离子在边缘位置的比例，因此通过调整Na_e/Na_f的比值来改善NNMO的Na⁺迁移动力学。在P2型NNMO中的电子位点（Na_e）可以容纳更多的Na离子，得到了具有优异电化学性能的P2型层状氧化物（Na_e/Na_f>1.64）。与Na_f位点相比，Na位点具有较低的能垒(边缘位点为0.8301 eV，面位点为1.0664 eV)。

研究要点

一、本工作对NNMO中Na的存储机制有了基本认识，为提高p2型层状氧化物正极材料的倍率性能和循环寿命提供了一种通用策略。

二、利用原位XRD、静电间歇滴定技术（GITT）测试和密度泛函理论（DFT）计算揭示了充放电的动态过程。

三、合成的Na_0.696Ni_0.329Mn_0.671O₂（NM-2）具有最高的Na_e/Na_f值（1.6914），在温度范围内（从-30到60℃）显示出优异的容量保持性，更好的倍率和低温性能。

图1.NM-1、NM-2和NM-3的结构特征

图2.NM-1、NM-2和NM-3的电化学性能

 图3.NM-2在不同温度下的电化学性能

 图4.NM-2电极的原位XRD图

 图5.通过第一原理计算的NM的晶体结构

图6.沿b轴观察Na⁺在两个相邻的等效Na_x位点之间的迁移路径的晶体结构

参考文献：

Regulating Na Occupation in P2-Type Layered Oxide Cathode for All-Climate Sodium-Ion Batteries

原文链接：https://doi.org/10.1002/aenm.202203521