通过机械-化学耦合效应实现的高能量密度异质结构钠层状氧化物正极

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：High Energy Density Heterostructured Sodium Layered Oxide Cathodes Enabled by Mechanical-Chemical Coupling Effect

钠离子电池P2/O3核壳结构阴极材料通过机械-化学耦合效应实现高能量密度（587.34 Wh·kg?1）和优异稳定性，原位XRD和STEM揭示其相变机制与原子排列特征，应力模拟证实P2壳层可缓解O3基体应力，抑制塑性变形。

　　

摘要

设计出具有高能量密度和优异稳定性的无钴锰基氧化物正极材料具有重要意义且充满挑战。在此，我们构建了一种具有机械-化学耦合效应的P2/O3核壳层状氧化物正极材料，以实现精确的结构调控和卓越的电化学性能。以O3-NaNi_0.4Fe_0.2Mn_0.4O₂作为核心材料，通过精确调控外延层制备了P2/O3核壳层状正极。得益于O3体相和P2壳层的协同效应，这种层状正极表现出高能量密度（基于正极活性材料为587.34 Wh·kg^?1）、优异的结构、卓越的空气稳定性和全电池性能。通过原位X射线衍射和球差校正扫描透射电子显微镜（STEM）分别分析了正极的相变机制和原子排列特性。最重要的是，通过应力模拟计算验证，P2壳层能够在微观尺度上分担内部O3体相的机械应力，抑制电化学过程中的材料塑性变形和结构退化，从而显著提高结构稳定性。本研究设计的具有机械-化学耦合效应的层状正极为其他电极材料的优化提供了新的见解。

图形摘要

通过设计具有机械-化学耦合效应的P2/O3异质结构正极，缓解了层状氧化物正极中存在的空气稳定性差、结构稳定性差以及Na+传输动力学缓慢等问题。此外，从机械应力的角度创新性地阐明了P2/O3异质结构正极优异性能的潜在机制。因此，这种具有机械-化学耦合效应的P2/O3核壳结构设计将为未来钠基氧化物正极的发展提供新的思路。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。