AFM: Li缺陷引起的P2型钠离子电池正极材料的结构稳定性研究

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AFM: Li缺陷引起的P2型钠离子电池正极材料的结构稳定性研究改善钠离子电池中层状氧化物电极性能的一种已知策略是用锂部分取代过渡金属。在脱钠/嵌钠过程中，锂在稳定过程中的作用仍不清楚，值得更详细地了解锂作为替代元素的有益效果。
AFM: Li缺陷引起的P2型钠离子电池正极材料的结构稳定性研究
在此，德国于利希研究中心Payam Kaghazchi和柏林洪堡大学Philipp Adelhelm教授等人阐明了锂对化合物Na0.67Mn0.6Ni0.2Li0.2O2 (MNL)的有益作用。与电化学研究相结合，作者使用固态核磁共振，操作XRD和密度泛函理论(DFT)进行电子和原子结构的研究。
对于所合成的材料，Li位于钠和过渡金属氧化物(TMO)层中，脱钠导致晶格内锂离子的再分布。在充电过程中，Na层中的锂离子首先迁移到 TMO层，然后在低Na含量下沿相反路径回迁。
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图1. MNL电极的电化学特性
充放电过程中晶格参数变化不大，表明P2结构稳定。这导致了固溶体类型的存储机制（倾斜电压剖面），因此具有出色的循环寿命，100次循环后容量为 110 mAh g-1。
相比之下，无锂成分Na0.67Mn0.6Ni0.4O2和Na0.67Mn0.8Ni0.2O2显示出相变和阶梯电位分布。DFT结果表明，高容量主要来源于Ni3+/Ni4+和O2-/O2-δ的氧化还原过程，但也不能排除Mn4+/Mn5+对容量的贡献。
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图2. DFT计算结果
Structural Aspects of P2-Type Na0.67Mn0.6Ni0.2Li0.2O2 (MNL) Stabilization by Lithium Defects as a Cathode Material for Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials. 2021. DOI: 10.1002/adfm.202102939

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