鈉離子電池(NIBs)和鋰離子電池(LIBs)近年來發(fā)展迅速。層狀過渡金屬(TM)氧化物是一類高容量正極材料,其循環(huán)穩(wěn)定性有所提高,但會受到表面殘余堿的影響。燒結(jié)過程中揮發(fā)的Na+沉積在正極表面,導致層狀正極材料中形成表面殘余堿(NaOH/Na2CO3/NaHCO3),導致嚴重的界面反應和性能下降。這種現(xiàn)象在O3-NaNi0.4Cu0.1Mn0.4Ti0.1O2(NCMT)中特別明顯。在此,中國科學院物理研究所胡勇勝研究員、容曉暉特聘研究員聯(lián)合鹽城工學院許寧教授團隊為了解決鈉離子電池正極材料界面不穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)演變不可逆的問題,提出了利用表面殘堿轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)電解質(zhì)的策略。在正極材料表面構(gòu)建以NaMgPO4為主導的穩(wěn)定界面膜,減少表面Mn3+的含量,抑制了過渡金屬的溶解以及J-T效應的影響。通過HADDF-STEM,HR-STEM,測試證明表面包覆層的存在。通過XPS測試證明表面殘堿的減少,進一步確定了此策略的可行性。此材料在4.2 V高電壓階段展示出高度可逆的OP2相轉(zhuǎn)變,在充放電過程中保持結(jié)構(gòu)的完整,提升其電化學性能。圖1. NCMT和NMP@NCMT-2的電化學性能總之,該工作提出了一種策略,將表面殘余堿轉(zhuǎn)化為固體電解質(zhì),以改善NIB中層狀正極材料的界面,從而在高壓區(qū)域?qū)崿F(xiàn)快速充電性能和可逆的P3–OP2相變。這種策略構(gòu)建了一種特殊的離子導電通道,促進了Na+的傳輸并減少了TMs的溶解。此外,該策略采用了J–T效應,提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示,NMP@NCMT-2//HC全電池具有85.8%的高初始庫侖效率(CE),并在15 mA g-1的電流密度下提供157.3 mAh g-1的高可逆比容量(基于正極質(zhì)量)和316 Wh kg-1的能量密度(基于活性質(zhì)量的總質(zhì)量)。速率循環(huán)測試后,全電池在3 C下的可逆容量約為124 mAh g -1,且表現(xiàn)出長期循環(huán)性能,300次循環(huán)后,整個電池在1.2 C下保持初始容量的約70%,所有CE值均高于99.8%。圖2. NMP@NCMT-2//HC 全電池性能Conversion of Surface Residual Alkali to Solid Electrolyte to Enable Na-ion Full Cells with Robust Interfaces, Advanced Materials 2023 DOI:?10.1002/adma.202301314