东北大学骆文彬Carbon Energy：高压钠离子电池正极研究进展！

倒计时28天

2024起点锂电&钠电两轮车换电大会

——“锂钠同行 换电之城”引领安全出行新时代

主办单位：起点锂电、起点钠电、起点充换电

大会时间：2024年6月25日

大会地点：深圳宝安登喜路国际酒店

作为可循环钠离子的主要供应者，O3型层结构锰基氧化物被认为是钠离子电池最具竞争力的阴极候选材料之一。由于在钠插层/脱插层过程中存在复杂的结构转变和过渡金属迁移，特别的在高电压下，其能量密度和寿命无法满足日益增长的需求。八面体中心金属元素的轨道和电子结构在维持八面体结构完整性和通过引入异质[Me-O]（Me：过渡金属）化学键提高 Na+ 扩散性方面发挥着重要作用。

受核外电子丰富构型和大离子半径带来的 4f 和 5d 轨道成键可能性的启发，近日，东北大学骆文彬团队合成了具有近似单晶结构的 O3 型 Na[La0.01Ni0.3Mn0.54Cu0.1Ti0.05]O2 。根据实验和计算结果，引入的键强度较大的异质[La-O]化学键不仅能保证晶格氧框架的稳定性和氧氧化还原的可逆性，还能优化由于 O 2pLa 5d 电荷转移导致的 La 5d 和 O 2p 轨道混合所产生的氧局部电子结构。它具有最佳的电化学性能、高能量密度和循环寿命。该成果以《Local electronic structure constructing of layer-structured oxide cathode material for high-voltage sodium-ion batteries》为题表在《Carbon Energy》。第一作者是Yang Dongrun。

结论

为了缓解钠插层/脱插层过程中复杂的结构转变和过渡金属迁移，采用固态技术合成了 O3 型 NLMCT-1，并具有大规模工业化生产的可行性。由于 La-O 键的键强度较大，La 成为调节 TM-O 和 Na-O 键长度的支柱，从而稳定了结构。此外，取代还能给附近的氧带来更多的价电子，从而提高 Mn-O 离子键的能量。这不仅能确保晶格氧框架的稳定性和氧氧化还原的可逆性，还能优化因 O 2p La 5d 电荷转移导致 La 5d 和 O 2p 轨道混合而产生的氧局部电子结构，从而使 O 在高电压下具有更好的抗过度氧化能力。在 0.1 C的条件下，可获得 183 mAh g-1 的可逆容量，同时在 1.5 至 4.5 V 的宽电压窗口内表现出卓越的循环稳定性（在 1 C的条件下循环 150 次后，容量保持率为 84.2%）。这项研究为设计宽电压窗口钠阴极提供了思路，从而进一步提高了 SIB 的能量密度。