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采用地球豐富元素的高性能和低成本過渡金屬(TM)層狀氧化物是鈉離子電池（SIB）有前景的正極。然而，獲得所需材料具有挑戰(zhàn)性，因為較大的Na尺寸、不同的Na占據(jù)和各種層堆疊序列會增加確定給定成分結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，并加劇了結(jié)構(gòu)-性質(zhì)相關(guān)性的不確定性。

美國太平洋西北國家實驗室Xiaolin Li、Biwei Xiao等人以獲得理想的基于Na_xMn_yNiZTM_1-y-zO₂的正極材料為例，展示了批量開發(fā)鈉層狀正極用于實際應(yīng)用的一般路線圖。

作者建立了Na_xMn_yNiZTM_1-y-zO₂的合成相圖，用于P2/O3結(jié)構(gòu)Na_0.85Mn_0.6Ni_0.4O₂平臺材料的預(yù)篩選和合理選擇。此外，在元素取代中利用陽離子電位進(jìn)一步促進(jìn)材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和電化學(xué)性能。

圖1 P2-和O3-型層狀正極材料的晶體結(jié)構(gòu)及其Na配位結(jié)構(gòu)

這項工作制備了幾種經(jīng)濟(jì)高效的O3和P2/O3雜化正極材料，它們都表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。此外，這些材料均不含Co，而且Ni含量較低，因此通過使用地球上豐富的元素并提高空氣穩(wěn)定性以降低加工成本，從而有利于具有成本效益的SIB。

特別是，Na_0.85Mn_0.5Ni_0.4Ti_0.1O₂在2-4 V下可提供~130 mAh/g的高比容量，并且在1C下循環(huán)500次后具有91%的容量保持率。這項工作發(fā)現(xiàn)了多種高性能和低成本的鈉離子電池正極材料，并為未來層狀正極材料的合理設(shè)計提供了重要指導(dǎo)。

圖2 Na_0.85Mn_yNi_zM_1?y-zO₂正極的電化學(xué)性能

A General Strategy for Batch Development of High-Performance and Cost-Effective Sodium Layered Cathodes. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106371

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Nano Energy：批量開發(fā)高性能、低成本的鈉層狀正極的一般策略

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