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郭玉國/殷雅俠Nature子刊: 硼摻雜鈉層狀氧化物用于鈉離子電池正極中可逆的氧氧化還原反應

面向未來發展的高能鈉離子電池（NIBs）需要在高電壓下工作并具有穩定循環行為的鈉離子正極材料，然而目前鈉層狀正極材料在高壓區發生不可逆的氧氧化還原反應，在循環過程中會產生結構不穩定并導致較差的容量保持率。

為此，中科院化學所郭玉國研究員、殷雅俠研究員等人報道了一種通過將輕質硼摻入正極活性材料晶格中以減少高電壓（即 >4.0 V vs. Na⁺/Na）下不可逆氧氧化的改性策略。

共價B-O鍵的存在和氧原子的負電荷確保了NaLi_1/9Ni_2/9Fe_2/9Mn_4/9O₂（NLNFM）正極材料配體框架的堅固性，同時減輕氧的過度氧化以進行電荷補償并避免電池運行過程中發生不可逆的結構變化。

圖1. B摻雜前后的正極材料結構和電荷密度分析

此外，B摻雜的正極材料（NLNFMB）促進了可逆的過渡金屬氧化還原反應，從而提供了額外的容量，與對照材料NLNFM相比，容量增加了約10.1%，在0.1 C（25 mA g^-1）下的可逆容量為160.5 mA h g^-1，循環穩定性為82.8%。

此外，基于預鈉化硬碳負極和B 摻雜正極材料組裝的單涂層實驗室規模軟包鈉離子電池也實現了71.28 mAh的概念容量。該研究展示了輕質硼摻雜用于NIBs技術的前景，可以抑制不可逆的氧釋放并同步增加容量。

圖2. 基于NLNFMB正極的鈉離子全電池的電化學性能

圖3. 半電池配置中NLNFMB正極材料的結構演變

Boron-doped sodium layered oxide for reversible oxygen redox reaction in Na-ion battery cathodes, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-25610-7

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