郭玉国/殷雅侠Nature子刊: 硼掺杂钠层状氧化物用于钠离子电池正极中可逆的氧氧化还原反应

面向未来发展的高能钠离子电池（NIBs）需要在高电压下工作并具有稳定循环行为的钠离子正极材料，然而目前钠层状正极材料在高压区发生不可逆的氧氧化还原反应，在循环过程中会产生结构不稳定并导致较差的容量保持率。

为此，中科院化学所郭玉国研究员、殷雅侠研究员等人报道了一种通过将轻质硼掺入正极活性材料晶格中以减少高电压（即 >4.0 V vs. Na⁺/Na）下不可逆氧氧化的改性策略。

共价B-O键的存在和氧原子的负电荷确保了NaLi_1/9Ni_2/9Fe_2/9Mn_4/9O₂（NLNFM）正极材料配体框架的坚固性，同时减轻氧的过度氧化以进行电荷补偿并避免电池运行过程中发生不可逆的结构变化。

图1. B掺杂前后的正极材料结构和电荷密度分析

此外，B掺杂的正极材料（NLNFMB）促进了可逆的过渡金属氧化还原反应，从而提供了额外的容量，与对照材料NLNFM相比，容量增加了约10.1%，在0.1 C（25 mA g^-1）下的可逆容量为160.5 mA h g^-1，循环稳定性为82.8%。

此外，基于预钠化硬碳负极和B 掺杂正极材料组装的单涂层实验室规模软包钠离子电池也实现了71.28 mAh的概念容量。该研究展示了轻质硼掺杂用于NIBs技术的前景，可以抑制不可逆的氧释放并同步增加容量。

图2. 基于NLNFMB正极的钠离子全电池的电化学性能

图3. 半电池配置中NLNFMB正极材料的结构演变

Boron-doped sodium layered oxide for reversible oxygen redox reaction in Na-ion battery cathodes, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-25610-7

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郭玉国/殷雅侠Nature子刊: 硼掺杂钠层状氧化物用于钠离子电池正极中可逆的氧氧化还原反应

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