Ti4+掺杂与热处理协同策略构建高空气稳定性钠离子电池层状氧化物正极材料

本文通过Ti4+掺杂与热处理策略显著提升O3型NaNi0.47Cu0.03Mn0.5O2（NNMC）层状氧化物的空气稳定性，其放电比容量在0.5 C循环200次后达87.9 mA h g?1，暴露空气10天后仍保持121.4 mA h g?1（0.1 C）。研究为钠离子电池（SIBs）正极材料的实际应用提供新思路。

　　

Highlight

钠离子电池层状氧化物因结构和空气不稳定性限制其应用。NaNi_0.47Cu_0.03Mn_0.5O₂（NNMC）在0.5 C循环200次后比容量仅75.9 mA h g^?1，而Ti⁴⁺掺杂样品（NNMC-2%Ti）凭借Ti–O键的高键能（662 kJ mol^?1）显著提升性能，暴露10天后仍保有94.9 mA h g^?1（0.1 C）。

Results and discussion

X射线衍射（XRD）分析显示，Ti⁴⁺掺杂使NNMC的（003）晶面峰向低角度偏移（图1b），晶格参数c值增大（图1g），证实Ti⁴⁺成功嵌入过渡金属层。扫描电镜（SEM）显示热处理后材料表面更规整（图2d），粒径分布均匀性提升。电化学测试表明NNMC-2%Ti在0.1 C下初始放电比容量达141.5 mA h g^?1，优于未掺杂样品。

Conclusions

Ti⁴⁺掺杂与850°C热处理协同作用可稳定层状氧化物结构：Ti–O键抑制相变，热处理重构晶格使暴露材料（Ex-NNMC-2%Ti）比容量恢复至121.4 mA h g^?1。该策略为开发高稳定性钠电正极材料提供新范式。