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Materials Today：調(diào)節(jié)P2-型層狀氧化物正極的電子分布，實現(xiàn)鈉離子電池的實用化

對于過渡金屬氧化物材料而言，高Ni含量是獲得高比容量的有效方法。然而，理論容量是由過渡金屬離子的一定量可變電荷決定的。比電壓窗口中容量的增加可能歸因于堿離子更容易傳輸，而不是更多的活性元素。

圖1 所獲樣品的結(jié)構(gòu)和價態(tài)

華南理工大學劉軍、香港城市大學劉奇等借用鋰離子電池中富鎳材料的理論，在P2-型層狀氧化物材料中加入過量的鎳元素，形成Jahn-Teller活性Ni³⁺離子。研究顯示，約25%-61%的Ni³⁺離子可有效促進Na⁺離子的脫嵌，這是因為Na⁺的擴散能壘降低，吸附能增加。

因此，優(yōu)選的”富鎳”材料Na_0.67Mn_0.45Ni_0.22Co_0.33O₂（Ni-R1）在2.0-4.25 V的電壓范圍內(nèi)顯示出114 mA h g^-1的可逆比容量。當電流密度增加到1 A g^-1時，比容量仍為100 mAh g^-1，1000次循環(huán)后的容量保持率為 80%。

圖2 電化學性能

深入的研究證明，在合成階段，Jahn-Teller活性Ni³⁺離子能有效調(diào)節(jié)周圍離子的價電子分布。然而，當Ni³⁺含量增加到74%時，它將促進Jahn-Teller畸變，從而使電池倍率性能急劇下降。總體而言，該研究提供了一種簡單而有效的方法，可在合適的電壓范圍內(nèi)增加容量，以滿足應用需要。

圖3 提高容量的機制

Regulating electron distribution of P2-type layered oxide cathodes for practical sodium-ion batteries. Materials Today 2023. DOI: 10.1016/j.mattod.2023.06.021

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Materials Today：調(diào)節(jié)P2-型層狀氧化物正極的電子分布，實現(xiàn)鈉離子電池的實用化

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