​北理赵永杰/李磊AFM：抑制钠离子电池锰基磷酸盐正极中的Jahn-Teller效应

锰基磷酸盐正极具有可靠的元素丰度、低毒性和理想的循环性能，是开发先进钠离子电池的理想候选材料。然而，Mn³⁺的协同Jahn–Teller效应不可避免地会导致结构紊乱和不可逆相变，从而极大地损害可逆容量、倍率和循环性能。

图1. 理论计算

北京理工大学赵永杰、李磊等通过计算预测并成功合成了一种高性能NASICON型锰基磷酸盐钠离子正极。通过光谱、结构和理论研究，作者发现Na₃MnHf(PO₄)₃正极的Na⁺储存机制包括相关的固溶反应和双相反应。

此外，原位XRD分析表明，在Na⁺提取/插入过程中，Na₃MnHf(PO₄)₃正极的框架坚固，体积变化很小，仅为1.9%，这证明其抑制了不利的Jahn–Teller 效应。

图2. Na₃MnHf(PO₄)₃正极的电化学性能

实验显示，Na₃MnHf(PO₄)₃正极通过Mn²⁺/Mn³⁺和Mn³⁺/Mn⁴⁺偶联的氧化还原作用发生双电子反应，在0.1 C时的可逆容量为90 mA h g^-1，并具有优异的倍率能力（在10 C下的2500次循环后的容量保持率为85.4%）。通过深入了解如何抑制Jahn–Teller效应，这项工作为解决锰基聚阴离子正极结构稳定性问题提供了一些有价值的指导。

图3. 充放电过程中的结构演变

Improving Rate Performance by Inhibiting Jahn–Teller Effect in Mn-Based Phosphate Cathode for Na-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202310248