高价位Sn4+-Ti4+共掺杂增强O3型层状氧化物钠离子电池阴极材料的电化学性能

本文通过高价位Sn4+-Ti4+共掺杂策略，成功制备了O3型NaNi0.35Fe0.3Mn0.3Sn0.02Ti0.03O2（NFMST）钠离子电池（SIBs）阴极材料。Sn4+抑制了不可逆O3→P3相变并稳定晶格氧，Ti4+调控过渡金属价态并拓宽电化学窗口，协同作用使材料在0.2 C下实现170.8 mAh g-1的高初始容量，1 C循环100次后容量保持率达72.48%，为高性能SIBs阴极设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过高温固相烧结法成功制备了Sn⁴⁺-Ti⁴⁺共掺杂的O3型层状氧化物阴极材料NaNi_0.35Fe_0.3Mn_0.3Sn_0.02Ti_0.03O₂（NFMST）。Sn⁴⁺凭借高电负性和大离子半径，有效抑制了高压下的不可逆O3→P3相变和晶格氧析出；Ti⁴⁺则通过调控相邻过渡金属价态，减少Mn⁴⁺溶解并提升Ni²⁺在低电位区的可逆氧化效率。二者协同作用使材料c轴间距扩大，显著加速Na⁺扩散动力学。

Results and discussion

X射线衍射（XRD）分析显示（图S2），所有样品均呈现完美的六方晶系结构（空间群R-3m），Sn/Ti共掺杂未破坏NFM原始框架。值得注意的是，NFMST的（003）晶面间距明显扩大，证实了Na⁺扩散通道的拓宽。电化学测试表明，共掺杂样品在0.2 C下放电容量达170.8 mAh g^-1，1 C循环100次后仍保持72.48%容量，显著优于单掺杂体系。

Conclusions

本研究通过Sn⁴⁺-Ti⁴⁺共掺杂策略，成功构建了结构稳定的O3型层状氧化物阴极。Sn⁴⁺通过强Sn-O键固定晶格氧，Ti⁴⁺调控过渡金属电子结构，二者协同扩大Na⁺层间距并抑制相变，为开发高性能钠离子电池阴极提供了创新性解决方案。