北科曲选辉/刘永畅AFM：过渡金属空位制造和钠位掺杂实现高性能层状氧化物正极

激发层状氧化物正极中的阴离子氧化还原化学反应已成为有效提高钠离子电池（SIBs）能量密度的典型方法。然而，它们的实际应用仍然受到不可逆晶格氧释放和有害结构畸变的困扰。

在此，北京科技大学曲远辉教授、刘永畅研究员等人报道开发了一种新型正极材料P2-Na_0.76Ca_0.05[Ni_0.23□0.08Mn_0.69]O₂，其中阳离子和阴离子氧化还原化学协同提供电荷补偿，过渡金属 (TM) 层中产生天然空位，Ca离子铆接在Na层中。

TM 位点中的随机空位导致非键合O 2p轨道的出现以激活阴离子氧化还原，这通过系统电化学测量、非原位XPS、原位XRD和DFT计算得到证实。受益于Na位点中固定的Ca离子，实现了具有抑制P2-O2相变和增强的充电/放电阴离子氧化还原可逆性的坚固层状结构。

图1. 揭示Na存储机制的原位XRD测量

因此，该电极显示出优异的倍率能力（153.9 mAh g^-1@0.1 C；74.6 mAh g^-1@20 C) 和优异的循环寿命（在0.1 C时50次循环后容量保持率为87.1%）。

由该正极和硬碳负极组装的钠离子全电池能量密度高达257.6 Wh kg^-1，显示出实际应用的广阔前景。这项研究通过调整局部化学环境为设计高能量密度和高稳定性钠离子电池层状氧化物正极提供了新的机会。

图2. 钠离子全电池的电化学性能

Transition-Metal Vacancy Manufacturing and Sodium-Site Doping Enable a High-Performance Layered Oxide Cathode through Cationic and Anionic Redox Chemistry, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202106923

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北科曲选辉/刘永畅AFM：过渡金属空位制造和钠位掺杂实现高性能层状氧化物正极

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