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層狀氧化物是鈉離子電池（SIB）最常用的正極，但由于老化材料的性能快速退化以及材料儲存和運輸?shù)某杀驹黾?，其空氣穩(wěn)定性差嚴(yán)重限制了其實際應(yīng)用。

福建師范大學(xué)姚胡蓉等提出了一種構(gòu)建具有高度對稱六個TM環(huán)的穩(wěn)定過渡金屬（TM）層的有效策略，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而防止環(huán)境空氣腐蝕。

圖1. 材料表征

密度泛函理論計算清楚地證實了六個TM環(huán)結(jié)構(gòu)中較高的對稱性和較少的TMO₆八面體畸變。得益于穩(wěn)定的TM層結(jié)構(gòu)，材料與空氣之間的老化反應(yīng)需要更高的能量，這一點通過水嵌入的熱力學(xué)模擬結(jié)果得到證實。

進(jìn)一步借助XRD、SEM、SAED、TEM、XPS、FTIR、TGA和化學(xué)滴定的系統(tǒng)表征，研究發(fā)現(xiàn)六個TM環(huán)有效地抑制了一系列老化過程，包括水嵌入、晶格鈉的自發(fā)損失，以及殘余堿的形成。

圖2. 鈉半電池在空氣中的電化學(xué)性能

結(jié)果，在暴露于空氣的材料中實現(xiàn)了晶體Na⁺的低自發(fā)損失和殘余堿形成的抑制，這導(dǎo)致老化樣品的容量保持率從13.57%顯著提高到95.59%。

同時，對于新鮮材料，六個TM環(huán)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步發(fā)揮了積極作用，即降低了不可逆容量并提高了倍率性能。此外，即使對于具有不同老化機(jī)制的P2型層狀氧化物，該策略也表現(xiàn)出良好的通用性。

總體而言，這項研究為開發(fā)空氣穩(wěn)定和高性能的先進(jìn)二次離子電池正極材料提供了一個有希望的見解。

圖3. 六種TM配置策略的DFT計算結(jié)果和工作機(jī)制

Highly Symmetrical Six-Transition Metal Ring Units Promising High Air-Stability of Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. ?DOI: 10.1002/adfm.202209026

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?福建師大姚胡蓉AFM：具有高空氣穩(wěn)定性的鈉離子電池層狀氧化物正極

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