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浙大Nat. Sustain.：用于鈉離子電池的快充高電壓層狀陰極

鈉離子電池不僅由于與鋰相比鈉的豐度更高而在電網規模的儲能方面引起了極大的關注，而且由于其固有的更高的鈉離子遷移率而具有快充的可能性。然而，考慮到鈉離子氧化物材料的復雜結構化學，實現這些優點的結合仍然是一項巨大挑戰。

圖1 O3型層狀氧化物的設計

浙江大學陸俊、荷蘭代爾夫特理工大學Marnix Wagemaker、趙成龍等打破了既定的觀點，通過合理的成分設計，開發了一種用于鈉離子電池的O3型Na_5/6Li_2/27Ni_8/27Mn_11/27Ti_6/27O₂層狀陰極。

該陰極具有顯著延長的循環壽命，在全電池中經過700次循環后80%的容量保持率證明了這一點，同時電壓衰減較小，并且能量和功率密度增強。對此負責的是P型特性的結合，特別是O3型結構中0.33 nm的大d（O?Na?O）層間間距。這種設計在充電過程中誘導了主要的P3型固溶體轉變，促進了高鈉離子擴散率，同時避免了在高電荷狀態下的有害過渡金屬遷移和相變。

圖2 電化學性能研究

總體而言，這項工作利用層狀鈉離子氧化物的不同組成空間來調節結構化學，從而為鈉離子電池開發了一種新型陰極，該陰極表現出快充以及高平均工作電壓和容量保持率。結果表明，P3型主導固溶反應與TMO₂板之間開放的棱柱形Na離子擴散途徑是實現快速Na離子傳輸和優異可逆性的原因。該工作所提出的設計策略有望促進經濟和綠色電極材料的發展，以實現高度可持續的高能量密度電池。

圖3 O3型鈉離子層狀陰極相變的分類

Fast-charge high-voltage layered cathodes for sodium-ion batteries. Nature Sustainability 2024. DOI: 10.1038/s41893-024-01266-1

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