Small Methods:长循环快速充放电钠电池正极材料及其稳定机理

钠离子电池以其低廉的价格和丰富的原材料储备成为更适用于未来发展的大型储能系统。尽管如此,钠离子电池的性能远不能满足人们当下的需求。为获得容量更高,寿命更长并适用于快速充放电的钠离子电池,相关正极材料的研究刻不容缓。以层状材料NaxTMO2TM = 过渡金属)为例,钠离子脱出嵌入时产生的TMO2层间的滑移和TMO2层的收缩膨胀是其结构变化并导致容量衰减的重要原因。因此,改善层状NaxTMO2在循环过程中的结构稳定性成为改善钠离子电池性能的关键。

亥姆霍兹明斯特研究所(HIMS)李劼博士,明斯特大学电池研究中心(MEET)王军博士和亥姆霍兹柏林能源材料所(HZB)张鹂博士等采用多步共沉淀法制备出过渡金属无序排布的P3型Na0.67Mn0.67Ni0.33O2该材料的制备方法简单,能源消耗低于同类层状NaxTMO2材料,同时可实现2A·g-1电流密度1500圈长循环。其X射线吸收谱(XAS)等相关研究表明该材料在循环过程中呈现更稳定的八面体MnO6和NiO6结构,即更稳定的TMO2框架。这是该材料展现出稳定循环的原因。此外,该研究还表明通过改变过渡金属的排布方式,可以改变O与过渡金属的成键方式,从而影响层状NaxTMO2材料的氧活性和电化学性能。相关论文在线发表在Small Methods(DOI:10.1002/smtd.202000422)。

相关工作得到了德国科学基金以及亥姆霍兹柏林研究所的资助。相关XAS测试获得BESSY II同步辐射光源KMC2线站的技术支持。