铜掺杂剂在提高O3型钠离子电池正极结构稳定性中的作用：通过减缓氧化态变化来增强电池在水中的稳定性

《ACS Materials Letters》：Role of Cu Dopant in Improving the Structural Stability of O3-Type Sodium-Ion Battery Cathode: Mitigating Oxidation State Variation toward Reinforcing Aqueous Stability

Cu掺杂O3型钠离子电池阴极通过电子重排维持氧化态稳定，抑制脱钠过程中多面体体积变化，保持82%储钠能力；而Co掺杂阴极因氧化态变化导致体积剧烈波动，最终仅存19%储钠能力。研究揭示了铜掺杂提升水稳定性的机理，为解决钠电池潮湿敏感性提供新思路。

　　

我们提出了一种机制，解释了在O3型钠离子电池正极中掺入铜（Cu）如何提高其在水中的稳定性，相较于掺钴（Co）的O3型正极。电池在水中的稳定性与晶体结构的稳定性密切相关。铜掺杂剂能够促进电子的重新分布，从而在脱钠过程中保持其氧化状态。此外，它还能减少过渡金属-O₆多面体体积的变化，从而在脱钠过程中保持较高的结构稳定性。相比之下，钴掺杂剂在脱钠过程中会被氧化，导致多面体体积发生较大变化，进而使钴掺杂正极的结构变得不稳定，尤其是在剧烈脱钠过程中这种不稳定会进一步加剧。因此，在水中环境下，钴掺杂正极会经历严重的结构退化，形成OP4、Fd3?m和C2/m相，仅保留19%的储钠能力。而铜掺杂正极则能保持原有的结构，从而保留82%的储钠能力。我们的研究结果为解决钠离子电池正极因受潮而引发的储存和性能问题提供了宝贵的见解。