Na0.44MnO2作為鈉離子電池隧道型氧化物最典型的材料，它具有獨(dú)特的S形通道，有利于Na+的快速脫出和嵌入，并表現(xiàn)出較為優(yōu)異的空氣/水穩(wěn)定性。然而，Na0.44MnO2仍存在以下問(wèn)題：1）Na+/H+離子交換導(dǎo)致表面殘堿較高，會(huì)引起正極漿料凝膠化，損害其電化學(xué)性能；2）充放電曲線(xiàn)中存在多個(gè)電壓平臺(tái)，對(duì)動(dòng)力學(xué)行為產(chǎn)生不利影響；3）Na0.44MnO2的鈉化學(xué)計(jì)量比低，不適合與未預(yù)鈉化的硬碳負(fù)極進(jìn)行全電池匹配，需要一種策略來(lái)補(bǔ)償在SEI形成過(guò)程中損失的鈉。

基于此，我?；瘜W(xué)與材料工程學(xué)院肖遙團(tuán)隊(duì)提出了一種通過(guò)Ti取代Mn的內(nèi)外協(xié)同策略，降低材料表面殘堿、調(diào)節(jié)電化學(xué)行為，并進(jìn)一步提高Na0.44MnO2耐水性。通過(guò)鈦取代的材料不僅在傳統(tǒng)的PVDF/NMP體系中表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性，同時(shí)在CMC/H2O體系中也表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和超高的循環(huán)穩(wěn)定性。利用原位XRD、深度刻蝕XPS表征技術(shù)，證明了鈦取代的樣品在充電和放電過(guò)程中具有優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及表面存在含Ti外延層。DFT理論計(jì)算闡明了電子結(jié)構(gòu)的機(jī)制，同時(shí)進(jìn)一步證明了鈦取代的正極材料具備優(yōu)異的疏水性。同時(shí)，本工作采用工業(yè)級(jí)原料進(jìn)行了大規(guī)模Na0.44Mn0.85Ti0.15O2材料的制備，與實(shí)驗(yàn)室小批量的Na0.44Mn0.85Ti0.15O2電化學(xué)性能相比，仍表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。此外，本文提出了一種基于富鈉材料PBA的新型鈉補(bǔ)償策略。制備出的PBA-Na0.44Mn0.85Ti0.15O2復(fù)合材料用作正極，與硬碳負(fù)極組裝成鈉離子電池，首次實(shí)現(xiàn)了隧道型氧化物正極從實(shí)驗(yàn)室放大到工業(yè)生產(chǎn)，為隧道型氧化物正極在SIBs中的實(shí)際應(yīng)用提供了重要參考。

圖1. 論文研究?jī)?nèi)容示意圖

該成果以“Reviving Sodium Tunnel Oxide Cathodes Based on Structural Modulation and Sodium Compensation Strategy Towards Practical Sodium-ion Cylindrical Battery”為題，發(fā)表在《Advanced Materials》上，溫州大學(xué)為第一通訊單位，我院碩士研究生劉含笑和孔令益為共同第一作者。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202407994.