層狀氧化物正極的應(yīng)用受到空氣穩(wěn)定性差、表面殘堿嚴(yán)重和晶格氧逃逸的限制。由于空氣中H2O的嵌入以及離子交換和CO2的加速作用，會(huì)導(dǎo)致氧化物正極表面殘堿的產(chǎn)生和結(jié)構(gòu)破壞，從而正極材料失效。此外，不可逆的相變和緩慢晶格氧動(dòng)力學(xué)會(huì)也會(huì)對(duì)電池綜合性能產(chǎn)生不利影響。因此，提高空氣和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性對(duì)于氧化物正極的實(shí)用化至關(guān)重要。

溫州大學(xué)肖遙團(tuán)隊(duì)提出了一種隧道結(jié)構(gòu)原位界面轉(zhuǎn)化技術(shù)，將正極材料表面殘堿轉(zhuǎn)化為均勻穩(wěn)定的Na0.44MnO2隧道相界面保護(hù)層，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的界面/體相晶格匹配和變廢為寶的目的，從而全面增強(qiáng)了電池正極材料性能。在此基礎(chǔ)上，研究人員成功構(gòu)建了 NaNFM@NMO正極材料?；谒淼佬脱趸锏谋菊鞣€(wěn)定性，NaNFM@NMO展現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能和物理穩(wěn)定性。在引入隧道相后，通過(guò)原位X射線(xiàn)衍射（XRD）驗(yàn)證了材料在充放電過(guò)程中O3?O3/P3?P3?OP2的可逆相變。值得注意的是，NaNFM@NMO實(shí)現(xiàn)了高度可逆的陰離子氧化還原，進(jìn)一步通過(guò)軟X射線(xiàn)吸收光譜（sXAS）得到證實(shí)。此外，通過(guò)接觸角和老化測(cè)試驗(yàn)證了NaNFM@NMO正極材料空氣穩(wěn)定性的改善。結(jié)果表明，由于隧道結(jié)構(gòu)界面層的穩(wěn)定作用，NaNFM正極材料在高壓下的晶格氧逃逸現(xiàn)象被顯著抑制，首次放電比容量從NaNFM正極的144.3 mAh g?1大幅增加到184.93 mAh g?1，正極材料能量密度也明顯提高，同時(shí)倍率和循環(huán)性能也得到了顯著改善。更重要的是，NaNFM@NMO在全電池中的表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能，且隧道結(jié)構(gòu)原位界面轉(zhuǎn)化技術(shù)在P2型正極材料中仍能應(yīng)用，顯示出了該普適性策略在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力。綜上所述，基于殘堿轉(zhuǎn)化的層狀氧化物正極界面重構(gòu)策略將為制備具有優(yōu)異電化學(xué)性能的正極材料以及實(shí)用化應(yīng)用提供有意義的指導(dǎo)。

圖1. 論文研究?jī)?nèi)容示意圖

該成果以“A Universal Interfacial Reconstruction Strategy Based on Converting Residual Alkali for Sodium Layered Oxide Cathodes: Marvelous Air Stability, Reversible Anion Redox, and Practical Full Cell”為題，發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《Journal of the American Chemical Society》上，溫州大學(xué)為第一通訊單位，我院碩士研究生孔令益和University of Wollongong的博士研究生李佳陽(yáng)為共同第一作者。

原文鏈接：doi.org/10.1021/jacs.4c04766