北大肖荫果AFM: 抑制高性能钠离子电池双相钠层正极失效的表面工程

在储能结构升级的过程中，钠离子电池（SIBs）被认为是大规模电网储能系统有前途的候选者。然而，进一步提高比容量和寿命已成为其广泛应用的主要障碍。

在此，北京大学深圳研究生院肖荫果副教授等人通过溶胶凝胶法制备了P3/P2双相-Na_2/3Ni_1/3Mn_2/3O₂ (NNMO)，电化学测试结果表明，与纯P2相NNMO相比，该材料具有更高的≈200 mAh g^-1的可逆容量和更好的倍率性能。

不幸的是，快速的容量衰减阻碍了其进一步发展和应用。为了探索和阐明这种材料的失效机制，作者使用高分辨率TEM来表征不同充电/放电循环后的电极，发现正极-电解液界面的失效是材料失效的主要原因。基于这一结论，作者采用原子层沉积（ALD）技术对电极进行改性，抑制界面引起的失效从而有效提高循环稳定性。

图1. P3/P2 NNMO的失效机制探究

作者使用四种金属氧化物，即Al₂O₃、TiO₂、SnO₂和WO₃作为ALD涂层来保护电极免受表面破坏。在这些氧化物中，Al₂O₃涂层在提高正极的容量保持率方面表现出最好的效果，整体材料失效得到抑制，5C下300次循环后的容量保持率高达87.00%。此后，以Al₂O₃为例，作者证明金属氧化物ALD涂层可以有效抑制表面副反应和过渡金属溶解，从而提供非常优越的保护效果。

这项工作首先探索了一种新型高容量SIBs正极材料的失效机制并阐明了主要失效模式，有助于有效地为SIBs正极材料找到最合适的改性方法。此外，证明了通过金属氧化物 ALD 涂层的表面工程方法可以有效抑制正极-电解液界面的失效，从而提高SIBs的电化学性能。

图2. 基于ALD涂层保护的正极电化学性能

Surface Engineering Suppresses the Failure of Biphasic Sodium Layered Cathode for High Performance Sodium-Ion Batteries, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109319

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北大肖荫果AFM: 抑制高性能钠离子电池双相钠层正极失效的表面工程

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