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

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。
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-Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 (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。
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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。
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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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