结构与界面稳定性优化的高性能O3型层状钠离子电池负极

《Advanced Functional Materials》：Structure and Interface Stabilization Enabled High-Performance O3-Type Layered Sodium Cathode

O3-NaNi0.4Fe0.2Mn0.4O2作为钠离子电池高容量阴极存在结构不稳定性问题，新设计的高熵氧氟阴极NFMCTLF通过氟掺杂和熵增设计增强稳定性，抑制相变体积膨胀（<1%）和TM离子迁移，实现180 mAh g?1容量，200次循环91.45%保持率，1350次循环80.14%保持率。

　　

摘要

O3-NaNi_0.4Fe_0.2Mn_0.4O₂是一种备受关注的钠离子电池正极材料，以其较高的可逆容量（>180 mAh g^?1）而著称。然而，由于复杂的相变、较大的体积变化以及充电/放电过程中过渡金属（TM）离子的溶解/迁移，该材料的结构稳定性和界面稳定性较差，从而导致性能严重下降。为此，研究人员设计了一种高熵氧氟化物正极材料NaNi_0.2Fe_0.2Mn_0.2Cu_0.1Ti_0.2Li_0.1O_1.95F_0.05（NFMCTLF），其配置熵高达1.865 R。高熵设计与氟掺杂的协同作用增强了TM–O键的稳定性，防止了层间滑动，从而改善了O3-P3-OP2相变过程并减少了体积变化。此外，这种高熵氧氟化物正极还形成了均匀的电解质界面层，提高了Ni/Fe/Mn离子的迁移能垒，有效抑制了界面副反应和TM离子的溶解/迁移。结果表明，NFMCTLF正极在2.0–4.2 V的宽电压范围内具有182.4 mAh g^?1的比容量，体积变化率小于1%；在0.5C电流密度下经过200次循环后容量保持率为91.45%，在5C电流密度下经过1000次循环后容量保持率为80.43%；即使在5C电流密度下经过1350次循环，电池的容量保持率仍达到80.14%。这项研究展示了高熵氧氟化物材料在开发高性能正极方面的巨大潜力。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。