圖1 材料表征

南京大學(xué)郭少華等首次成功將鈷引入Na_x[Li_yMn_1-y]O₂體系，開(kāi)發(fā)出兼顧晶格氧活性和可逆性的Na_0.7[Li_0.2Mn_0.7Co_0.1]O₂（NLMCO），其超高能量密度可達(dá)729.7 Wh kg^-1，大大超過(guò)了最先進(jìn)的NLMO（638.4 Wh kg^-1）。

圖2 首次充放電曲線及能量密度對(duì)比

得益于電子結(jié)構(gòu)的調(diào)整，電子順磁共振波譜（EPR）、原位差分電化學(xué)質(zhì)譜（DEMS）和恒流充放電結(jié)果發(fā)現(xiàn)，NLMCO中帶有電子空穴的氧化晶格氧得到有效穩(wěn)定，未檢測(cè)到氧分子釋放，而NLMO在高晶格氧活化狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)氧分子釋放，從而導(dǎo)致NLMCO的晶格氧可逆性高于NLMO。

此外，原位X射線衍射（XRD）顯示，由于NLMCO具有堅(jiān)固的TMO₆框架，因此NLMCO表現(xiàn)出比NLMO更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，尤其是在晶格氧氧化階段。最后，NLMCO的電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)調(diào)制確保了其在高晶格氧活性下出色的氧化還原性，從而產(chǎn)生了超高的能量密度。

圖3 NLMO和NLMCO中鋰活化晶格氧和Co穩(wěn)定晶格氧的示意圖

Ultra-High-Energy Density in Layered Sodium-Ion Battery Cathodes through Balancing Lattice-Oxygen Activity and Reversibility. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202305470