浙大Nat. Sustain.：用于钠离子电池的快充高电压层状阴极

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浙大Nat. Sustain.：用于钠离子电池的快充高电压层状阴极

钠离子电池不仅由于与锂相比钠的丰度更高而在电网规模的储能方面引起了极大的关注，而且由于其固有的更高的钠离子迁移率而具有快充的可能性。然而，考虑到钠离子氧化物材料的复杂结构化学，实现这些优点的结合仍然是一项巨大挑战。
浙大Nat. Sustain.：用于钠离子电池的快充高电压层状阴极
图1 O3型层状氧化物的设计
浙江大学陆俊、荷兰代尔夫特理工大学Marnix Wagemaker、赵成龙等打破了既定的观点，通过合理的成分设计，开发了一种用于钠离子电池的O3型Na5/6Li2/27Ni8/27Mn11/27Ti6/27O2层状阴极。
该阴极具有显著延长的循环寿命，在全电池中经过700次循环后80%的容量保持率证明了这一点，同时电压衰减较小，并且能量和功率密度增强。对此负责的是P型特性的结合，特别是O3型结构中0.33 nm的大d（O−Na−O）层间间距。这种设计在充电过程中诱导了主要的P3型固溶体转变，促进了高钠离子扩散率，同时避免了在高电荷状态下的有害过渡金属迁移和相变。
浙大Nat. Sustain.：用于钠离子电池的快充高电压层状阴极
图2 电化学性能研究
总体而言，这项工作利用层状钠离子氧化物的不同组成空间来调节结构化学，从而为钠离子电池开发了一种新型阴极，该阴极表现出快充以及高平均工作电压和容量保持率。结果表明，P3型主导固溶反应与TMO2板之间开放的棱柱形Na离子扩散途径是实现快速Na离子传输和优异可逆性的原因。该工作所提出的设计策略有望促进经济和绿色电极材料的发展，以实现高度可持续的高能量密度电池。
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图3 O3型钠离子层状阴极相变的分类
Fast-charge high-voltage layered cathodes for sodium-ion batteries. Nature Sustainability 2024. DOI: 10.1038/s41893-024-01266-1

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