“万人计划”领军人才，EEM创刊副主编，最新JACS：超稳定4.5V钠离子电池！

第一作者：Tianwei Cui

通讯作者：李翔，付永柱

通讯单位：郑州大学

论文速览

用于钠离子电池（SIBs）的O3型层状氧化物由于其固有的充足Na含量而引起了广泛的关注，被认为是实际应用中最有前途的候选材料之一。然而，受不可逆氧损失和O3–P3相变的影响，O3型阴极总是受到低截止电压（通常4.2 V）的限制，这限制了其容量的完全释放。

本论文提出了一种新型的O3型Na_0.8Li_0.2Fe_0.2Ru_0.6O₂阴极材料，用于4.5V钠离子电池（SIBs），其通过双还原耦合机制显著提高了高电压区域下氧还原的可逆性。研究发现，通过形成强共价Fe/Ru−(O−O)键和抑制从O到P相的片层滑移，该阴极在4.5V的高电压下展现出卓越的循环稳定性，循环100次后的容量保持率为95.4%（1.5−4.5 V）。

此外，通过HAADF-STEM和⁷Li固态核磁共振（NMR）结果揭示了过渡金属迁移的缺失和可逆锂迁移的存在，进一步增强了阴极的结构稳定性。该研究为提高阴离子还原的可逆性和实现稳定的高电压O3型层状氧化物提供了创新策略，推动了SIBs的进一步发展。

图文导读

图1：NLFR的结构表征。

图2：电化学性能

图3：NLFR的结构演变

总结展望

本研究成功设计了一种新型O3型阴极材料Na_0.8Li_0.2Fe_0.2Ru_0.6O₂，实现了4.5V级超稳定钠离子电池。通过原位/非原位XRD结果揭示了O3−P3相变的抑制，以及通过HAADF-STEM和⁷Li SS-NMR结果证实了过渡金属迁移的缺失和可逆锂迁移的存在。

尤为重要的是，通过XANES和XPS分析，研究人员证实了Fe/Ru双还原耦合机制可在深度脱钠过程中触发，得益于强共价Fe/Ru−(O−O)键的形成，其有助于提高阴离子还原的可逆性。因此，即使在4.5V的高截止电压下，该阴极也展现出卓越的循环稳定性。

据作者所知，即使在如此高的截止电压下，NLFR电极仍展现了O3型阴极材料的优异性能。最后，通过与硬碳阳极组装的全电池评估了阴极的潜在实际应用性。这项工作为提高阴离子还原的可逆性提供了一种通用策略，并为设计稳定的高电压层状氧化物阴极材料打开了新的大门。

文献信息

标题：Facilitating an Ultrastable O3-Type Cathode for 4.5 V Sodium-Ion Batteries via a Dual-Reductive Coupling Mechanism

期刊：Journal of the American Chemical Society

DOI：10.1021/jacs.4c01787