福建师大姚胡蓉AFM：具有高空气稳定性的钠离子电池层状氧化物正极

层状氧化物是钠离子电池（SIB）最常用的正极，但由于老化材料的性能快速退化以及材料储存和运输的成本增加，其空气稳定性差严重限制了其实际应用。

福建师范大学姚胡蓉等提出了一种构建具有高度对称六个TM环的稳定过渡金属（TM）层的有效策略，以增强结构稳定性，从而防止环境空气腐蚀。

图1. 材料表征

密度泛函理论计算清楚地证实了六个TM环结构中较高的对称性和较少的TMO₆八面体畸变。得益于稳定的TM层结构，材料与空气之间的老化反应需要更高的能量，这一点通过水嵌入的热力学模拟结果得到证实。进一步借助XRD、SEM、SAED、TEM、XPS、FTIR、TGA和化学滴定的系统表征，研究发现六个TM环有效地抑制了一系列老化过程，包括水嵌入、晶格钠的自发损失，以及残余碱的形成。

图2. 钠半电池在空气中的电化学性能

结果，在暴露于空气的材料中实现了晶体Na⁺的低自发损失和残余碱形成的抑制，这导致老化样品的容量保持率从13.57%显著提高到95.59%。同时，对于新鲜材料，六个TM环结构进一步发挥了积极作用，即降低了不可逆容量并提高了倍率性能。此外，即使对于具有不同老化机制的P2型层状氧化物，该策略也表现出良好的通用性。总体而言，这项研究为开发空气稳定和高性能的先进二次离子电池正极材料提供了一个有希望的见解。

图3. 六种TM配置策略的DFT计算结果和工作机制

Highly Symmetrical Six-Transition Metal Ring Units Promising High Air-Stability of Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209026

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