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Available online 07 May 2020
Sejong University
导读
近年来，阴离子氧化还原材料作为钠离子电池的正极材料显示出良好的电化学性能。然而，氧氧化还原电极发展的限制因素之一是其工作电压低。在本研究中，将镍加入P2型Na2/3[Zn0.3Mn0.7]O2中，使锌部分被镍取代，从而提高了氧氧化还原电极的工作电压。
按设计，生成的P2型Na2/3[（Ni0.5Zn0.5）0.3Mn0.7]O2电极的平均工作电压为3.5v，在0.1C（26ma g-1）时，在2.3-4.6v的电压范围内循环200次后仍保持95%的初始容量。这种高压氧化还原剂与氧化还原剂相结合，不仅可以进一步提高钠基二次电池正极材料的能量密度，而且可以进一步提高其他碱离子电池系统的能量密度。
关键词
钠离子电池，正极材料，氧化还原
背景简介
氧化还原已成为锂、钠等单价荷电体充电电池系统的一个新兴课题。为了满足锂离子电池（LIBs）各种应用的日益增长的需求，必须进一步提高其能量密度。最近对锂资源有限导致人们对锂离子电池价格波动的担忧，这被认为是将研究兴趣扩展到钠离子电池（SIB）的新机会。因其反应化学性质与锂离子电池相似，为达到与锂离子电池相似的能量密度，良好的SIBs正极材料必须具有高容量以补偿其固有的低工作电压。
由于使用过渡金属氧化还原时，正极材料的容量可以达到极限，因此预计晶体结构中的氧氧化还原可以增加容量并提高能量密度。其代表性工作在2000年代早期进行，尤其是Li2MnO3（Li[Li1/3Mn2/3]O2）层状材料，其与典型的LiTMO2（TM=过渡金属）具有相同晶体结构的材料。Li2MnO3在电化学上不起作用，因为Mn4+/Mn5+氧化还原在正常的截止电压窗口内不活跃。然而，由于过渡金属氧化还原，材料的输送能力超出了理论极限。
2.氧化还原反应在钠离子电池中的应用
最近，研究人员建议在P2-Na2/3[Mn0.7Zn0.3]O2中发生氧化还原反应，其中O2-/1-和Mn4+/3+的组合有助于提高可充电容量。Kim等人观察到P2-Na2/3[Mg0.2Mn0.6Co0.2]O2中的氧氧化还原，这使得在存在Co-O键的协助下实现长期循环，通过O2- 2p和Co3+/4+3d（t2g）轨道重叠促进电子转移。尽管氧化还原反应成功地增加了P2层化合物的容量，但其主要缺点是产生的操作电压仍然较低，因为Mn4+/3+的主要氧化还原物种是在1.5-2.7v与Na+/Na的电压范围内实现的。
核心内容
图1. XANES光谱结构和元素分析
a) Rietveld refinement of crystal structure,
b) XANES spectra,
c) TEM and EDS mapping results for P2-Na2/3[(Ni0.5Zn0.5)0.3Mn0.7]O2.
文章链接:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.202001111
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