汪国秀/刘浩Small Methods：双取代提高层状P2型Mn基正极稳定性！

锰基层状过渡金属氧化物(TMOs)因其环保特性和丰富的自然储量而成为钠离子电池(SIBs)有前途的正极材料。然而，Mn基层状TMO正极在电化学过程中复杂的相变和结构不稳定性是满足商业应用的主要障碍。阳离子取代是稳定结构和加速正极材料Na⁺动力学的有效途径。

悉尼科技大学汪国秀、上海大学刘浩等通过在Na_0.7Ni_0.33Mn_0.67O₂(NaNMO)前驱体利用Li和Zn取代部分Ni报道了一种有趣的层状P2型Mn基Na_0.7Li_0.06Zn_0.06Ni_0.21Mn_0.67O₂(NaLiZNMO)微球材料。

图1 NaLiZNMO和NaNMO的制备过程示意图

所获得的NaLiZNMO-180正极表现出卓越的性能，归因于以下优点：1)具有优异结构稳定性的规则和紧凑微球有利于延长循环寿命，因为特殊的结构可以减轻反复嵌入/脱出Na⁺引起的体积应力；ii) Li和Zn元素的存在强化了晶体结构，进一步减轻了TM层的滑动，抑制了Mn³⁺的Jahn-Teller效应，促进了Na⁺的扩散，实现了单相反应机制，避免了不利的P2-O2相变；iii)与NaNMO相比，NaLiZNMO正极表现出快速的反应动力学和更低的迁移能垒，这有利于出色的倍率性能。

图2 NaLiZNMO-180的电化学性能

受益于上述优势，NaLiZNMO-180电极在20 mA g^-1时的初始放电容量为131.8 mAh g^-1，在100次循环后仍保持91.9%的容量，并具有优异的倍率性能（在500 mA g^-1时为108 mAh g^-1）。

此外，原位X射线衍射测试证明了这种P2型正极在充电/放电过程中结构保持良好。所有结果表明，共取代提供了一种可靠的方法来增强新兴P2型Mn基SIBs正极的电化学性能。

图3 NaLiZNMO-180的的工作机制

Manipulating Stable Layered P2-Type Cathode via a Co-Substitution Strategy for High Performance Sodium Ion Batteries. Small Methods 2022. DOI: 10.1002/smtd.202101292

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