P2-型锰基层状钠离子电池正极材料取得重要进展

发布日期:2019-12-22     浏览次数:次   

我院杨勇教授课题组在锰基层状钠离子电池正极材料课题研究取得重要进展,相关结果以“P2-Na0.67AlxMn1-xO2: cost-effective, stable and high-rate sodium electrodes by suppressing phase transitions and enhancing Na+ mobility”为题发表在《德国应用化学(Angew. Chem. Int. Ed., DOI: 10.1002/anie.201911698)

钠具有锂相近的化学与电化学特征且自然界储量丰富,所以钠离子电池在智能电网等大规模储能应用上极具前景与其他钠离子电池正极材料相比,层状过渡金属氧化物具有较高的理论比容量和比能量,因而受到广泛关注层状氧化物正极材料中,P2结构NaxMnO2材料具有安全、成本低廉、可持续利用等优点,引起了广泛的兴趣。然而,由于Mn3+Jahn-Teller效应导致材料在充放电过程中存在P2-P2'相变,从而降低Na+迁移速率,并在反复充放电循环过程中进一步导致颗粒破裂、结构缺陷和材料非晶化等。

针对以上问题,杨勇教授课题组将廉价金属元素Al引入Na0.67MnO2,从而抑制Mn3+ -Jahn-Teller中心的形成。实验发现:Na0.67Al0.1Mn0.9O2化合物表现出最优异的电化学性能。电流密度12 mA/g时,其材料比容量高达193175 mAh g-1(各1.5-4.32.0-4.0 V电压范围)并具优异的循环稳定性。在480 mAh/ g的电流密度下,其200循环容量保持率高达 84%。此外,该工作通过结合粉末/同步辐射XRD固态核磁结构表征技术,对材料的构效关系及其电极的电化学机理开展深入研究。结果表明,Al的引入能稳定材料循环过程的晶相结构、防止充放电时多重双相结构转变,从而获得优异的电化学性能。

 

 

该工作通过国内外课题组紧密合作,在杨勇教授、钟贵明博士共同指导下完成。实验部分主要由刘湘思和左文华博士生(共同第一作者)完成,郑碧珠、向宇轩、周柯、肖竹梅、诗静雯、李琦等参与了实验与讨论。同时该工作也得到美国国家高场实验室的傅日强教授和上海同步辐射实验站SSRF工作人员的指导和协助。研究工作得到国家重点研发计划(2018YFB09054002016YFB0901502)及国家自然科学基金(216210912160323121761132030)的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1002/anie.201911698

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