随着储能需求的不断增长,用于钠离子电池的层状氧化物正极(NaxTMO2)已成为研究人员关注的焦点。然而,不可逆的多相转变和结构退化以及晶格氧损失阻碍了它们的商业化。
基于轨道杂化概念的电子结构调控是解决关键科学问题的重要途径。近日,温州大学肖遥团队选择 Sn 作为概念性证明元素,从可逆相转变、反常结构调控和稳定阴离子氧化还原三个方面归纳Sn对层状氧化物正极的影响。首先,大尺寸的Sn4+ 抑制了过渡金属氧化物层(TMO2)的滑移和 Na+/空位有序化。其次,Sn4+具有独特的电子结构,有利于O3相的堆叠,形成P2/O3结构或异常O3结构,又因其难以与O 2p轨道杂化而有助于提高钠离子电池的中值电压。第三,强 Sn-O 键能稳定晶格氧,促进稳定的阴离子氧化还原,提高电池的能量密度。因此,电子结构调制可为高性能钠离子电池的发展和产业化提供技术方向。该成果以《Expediting layered oxide cathodes based on electronic structure engineering for sodium-ion batteries: Reversible phase transformation, abnormal structural regulation, and stable anionic redox》为题发表在《Nano Energy》。第一作者是Zhang Xin-Yu、Hu Hai-Yan。
综上所述,基于 Sn 取代的电子结构调控,从可逆相转变、反常结构调控和稳定的阴离子氧化还原等角度,综述了目前用于 钠离子电池NaxTMO2存在的问题和改进措施。显然,电子结构调制是一种很有前景的策略。然而,如何利用 Sn 的取代优势,提高其比容量和工作电压,从而发挥SIBs可能带来的高能量密度优势,对于研究人员来说仍然是一个棘手的问题。
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