Materials Today：调节P2-型层状氧化物正极的电子分布，实现钠离子电池的实用化

对于过渡金属氧化物材料而言，高Ni含量是获得高比容量的有效方法。然而，理论容量是由过渡金属离子的一定量可变电荷决定的。比电压窗口中容量的增加可能归因于碱离子更容易传输，而不是更多的活性元素。

图1 所获样品的结构和价态

华南理工大学刘军、香港城市大学刘奇等借用锂离子电池中富镍材料的理论，在P2-型层状氧化物材料中加入过量的镍元素，形成Jahn-Teller活性Ni³⁺离子。研究显示，约25%-61%的Ni³⁺离子可有效促进Na⁺离子的脱嵌，这是因为Na⁺的扩散能垒降低，吸附能增加。

因此，优选的”富镍”材料Na_0.67Mn_0.45Ni_0.22Co_0.33O₂（Ni-R1）在2.0-4.25 V的电压范围内显示出114 mA h g^-1的可逆比容量。当电流密度增加到1 A g^-1时，比容量仍为100 mAh g^-1，1000次循环后的容量保持率为 80%。

图2 电化学性能

深入的研究证明，在合成阶段，Jahn-Teller活性Ni³⁺离子能有效调节周围离子的价电子分布。然而，当Ni³⁺含量增加到74%时，它将促进Jahn-Teller畸变，从而使电池倍率性能急剧下降。总体而言，该研究提供了一种简单而有效的方法，可在合适的电压范围内增加容量，以满足应用需要。

图3 提高容量的机制

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：调节P2-型层状氧化物正极的电子分布，实现钠离子电池的实用化

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