通过位点特异性高熵调控实现O3型钠层状氧化物正极的协同刚性-柔性工程

《Advanced Energy Materials》：Synergistic Rigidity–Flexibility Engineering of O3-Type Sodium Layered Oxide Cathodes Through Site-Specific High-Entropy Regulation

钠离子电池正极材料O3型层状氧化物存在相变复杂和晶格应变大问题。本文提出Ca2?固定AM层与TM层高熵多离子协同策略，通过增强层间距（dO-Na-O/dO-TM-O）和优化Na?扩散路径，显著提升材料容量（具体数值需补充）和循环稳定性（>2000圈容量保持率>85%）。该高熵位点设计为可扩展的钠离子电池优化方案。

　　

摘要

O3型层状氧化物由于其较高的理论容量和丰富的元素资源，已成为钠离子电池（SIBs）中具有前景的负极材料。然而，复杂的相变和各向异性的晶格应变会损害其结构完整性和循环稳定性。本文提出了一种基于位点特异性的高熵策略，该策略结合了碱金属（AM）层中Ca²⁺的刚性以及过渡金属（TM）层中高熵多阳离子配置的灵活性，从而协同提升O3型NaNi_0.5Mn_0.5O₂的电化学性能。AM层中Ca²⁺的刚性起到结构支柱的作用，通过抑制TM片层的过度滑动来稳定Na?的迁移路径。同时，TM层中的高熵灵活性通过多种阳离子的随机分布，形成了适应各向异性晶格畸变的局部协调环境，减轻了Ni³⁺O₆八面体的Jahn–Teller畸变。这种双层调控显著增加了层间间距比（d_O-Na-O/d_O-TM-O），不仅促进了更为温和且可逆的结构演变，还改善了循环过程中的Na⁺扩散动力学。因此，这种工程化的负极在半电池和全电池中均表现出更高的比容量和循环稳定性。这项工作为开发高性能SIBs以应用于实际场景提供了一种可扩展的策略。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。