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郭玉國(guó)/殷雅俠Nature子刊: 硼摻雜鈉層狀氧化物用于鈉離子電池正極中可逆的氧氧化還原反應(yīng)

面向未來(lái)發(fā)展的高能鈉離子電池（NIBs）需要在高電壓下工作并具有穩(wěn)定循環(huán)行為的鈉離子正極材料，然而目前鈉層狀正極材料在高壓區(qū)發(fā)生不可逆的氧氧化還原反應(yīng)，在循環(huán)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定并導(dǎo)致較差的容量保持率。

為此，中科院化學(xué)所郭玉國(guó)研究員、殷雅俠研究員等人報(bào)道了一種通過(guò)將輕質(zhì)硼摻入正極活性材料晶格中以減少高電壓（即 >4.0 V vs. Na⁺/Na）下不可逆氧氧化的改性策略。

共價(jià)B-O鍵的存在和氧原子的負(fù)電荷確保了NaLi_1/9Ni_2/9Fe_2/9Mn_4/9O₂（NLNFM）正極材料配體框架的堅(jiān)固性，同時(shí)減輕氧的過(guò)度氧化以進(jìn)行電荷補(bǔ)償并避免電池運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生不可逆的結(jié)構(gòu)變化。

圖1. B摻雜前后的正極材料結(jié)構(gòu)和電荷密度分析

此外，B摻雜的正極材料（NLNFMB）促進(jìn)了可逆的過(guò)渡金屬氧化還原反應(yīng)，從而提供了額外的容量，與對(duì)照材料NLNFM相比，容量增加了約10.1%，在0.1 C（25 mA g^-1）下的可逆容量為160.5 mA h g^-1，循環(huán)穩(wěn)定性為82.8%。

此外，基于預(yù)鈉化硬碳負(fù)極和B 摻雜正極材料組裝的單涂層實(shí)驗(yàn)室規(guī)模軟包鈉離子電池也實(shí)現(xiàn)了71.28 mAh的概念容量。該研究展示了輕質(zhì)硼摻雜用于NIBs技術(shù)的前景，可以抑制不可逆的氧釋放并同步增加容量。

圖2. 基于NLNFMB正極的鈉離子全電池的電化學(xué)性能

圖3. 半電池配置中NLNFMB正極材料的結(jié)構(gòu)演變

Boron-doped sodium layered oxide for reversible oxygen redox reaction in Na-ion battery cathodes, Nature Communications 2021. DOI: 10.1038/s41467-021-25610-7

原創(chuàng)文章，作者：科研小搬磚，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2023/10/24/f8bfdf0b4d/

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