鋰離子電池現已成功開發(fā)，其能量密度高于傳統(tǒng)的水基電池技術，并用作電動汽車和其他蓄電應用的電源。鈉離子電池是另一種新興的電池技術，但與鋰電池相比，其能量密度并不高。陰離子氧化還原反應因其有可能提高 Na/Li 電池中正極材料的可逆容量和工作電壓而引起人們的關注。為了解Al取代對含Na-/Li的Mn基層狀氧化物中陰離子氧化還原反應活化機制的影響，設計了P2型Al取代的Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2，以探究陰離子氧化還原行為的差異。Li
yAl
0.1Mn
0.9O
2 也通過電化學離子交換制備，并比較了兩個樣品的陰離子氧化還原行為。Al-取代的 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在陰離子氧化還原的部分活化下提供了更好的循環(huán)性能，這在 P′2 型 Na
2/3MnO
2 中未觀察到。用陰離子氧化還原實現了對 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 和 Li
yAl
0.1Mn
0.9O
2 的良好可逆性，這種改進源于電極材料中陰離子氧化還原的非過度使用。這一發(fā)現為開發(fā)具有可逆陰離子氧化還原的高能鈉/鋰插入材料提供了可能性。
Fig 1. (a) 使用相同程序合成的 P2 型 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 和 P′2 型 Na
2/3MnO
2 的 XRD 圖譜和相應的 SEM 圖像。（b） Na
2/3MnO
2 和 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 的 Mn K-edge XAS 譜圖。(c) Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 的 HAADF-STEM 圖像。（d） Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 的 SEM/EDX 研究結果。
Fig 2. (a, b) Na
2/3MnO
2 電極在 Na 電池和鋰電池中的充放電曲線，電壓范圍分別為 2.0 - 4.4 V 和 2.4 - 4.5 V，速率為 10 mA g
-1。 (c, d）Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 電極在 Na 電池和鋰電池中的充放電曲線，電壓范圍分別為 2.0 - 4.4 V 和 2.4 - 4.6 V，速率為 10 mA g
-1。 (e, f）Na
2/3MnO
2 和 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在 Na/Li 電池中分別在第 1、5、15 和 30 個循環(huán)的容量差曲線。 (g, h) Na
2/3MnO
2 和 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在 Na/Li 電池中以 10 mA g
-1 的速率和相應的截止電壓下的容量保持率和庫侖效率。
Fig 3. (a, b) Na
2/3MnO
2 和 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 分別在 Na 電池中的速率表現。 (c, d）分別比較 Na
2/3MnO
2 和 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在鋰電池中的速率性能。
Fig 4. Na 電池在不同充放電狀態(tài)下 Na
2/3MnO
2 （a） 和 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 （b） 的 O 1s XPS 譜圖。
Fig 5. 在第一個電化學循環(huán)中，Na （a） 和 Li （b） 電池中 Na
2/3MnO
2 和 Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在 Na （c） 和 Li （d） 電池中循環(huán)的 Mn K 邊緣 XAS 譜圖的變化。
Fig 6. Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在 Na 電池（a）和 Li 電池（b）中以 43 mA g
-1 的速率循環(huán)充電/放電過程的原位 SXRD 圖和相應的等值線圖。
Fig 7. （a） Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在 Na 和 Li 電池中循環(huán) 5 次后的 XRD 圖譜。（b） Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在 Na 和 Li 電池中循環(huán) 5 次的 SEM 圖像。（c） Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在 Na 電池中循環(huán)的 HAADF-STEM 圖像。（d） Na
2/3Al
0.1Mn
0.9O
2 在鋰電池中循環(huán)的 BF-STEM 圖像。
相關研究工作由中國海洋大學Yongcheng Jin與日本橫濱國立大學Naoaki Yabuuchi課題組于2024年共同發(fā)表在《Chemistry of Materials》期刊上，Influence of Aluminum Substitution on Anionic Redox Activation and Stabilization in P′2-Type Na
2/3MnO
2 for Na/Li Battery Applications，原文鏈接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.4c01181
轉自《石墨烯研究》公眾號
