刘向峰教授团队：揭示O3型钠电层状氧化物正极的阴离子氧化还原化学
图/文 于洋
近年来研究表明，阴离子氧化还原化学在缺钠（P2型）和富钠（Na-rich）钠离子电池层状氧化物正极材料体系中起着至关重要的作用。但是对于另一种非常重要的钠离子电池层状氧化物正极材料体系-满钠（O3型）层状氧化物正极材料，阴离子发生氧化还原化学的研究和报道却很少。
最近，刘向峰教授团队揭示了O3型钠离子电池层状氧化物正极材料NaMn1/3Fe1/3Ni1/3O2中的阴离子氧化还原化学现象，并设计出了ZrO2包覆协同Zr4+掺杂的综合改性策略，成功调控了材料的晶体结构和阴离子参与氧化还原反应的程度，提高了阴离子的活性和可逆性。该研究表明，阴离子参与氧化还原反应的电位主要在4.0V~4.3V之间，在此电压区间内阴离子氧化还原有较高的可逆性并且不会产生氧气，并阐明了改性机理。其一，通过Zr4+掺杂调控Na-O-TM结构，使O-2p轨道电子态占据较高的能级。在放电过程中，O-2p轨道电子更容易失去，O2-/O-氧化反应会为电池贡献更多容量。另外Zr4+掺杂优化了材料的晶格结构，拓宽了Na层，使TMO2层收缩，降低了Na+的扩散阻力，提高了结构稳定性。其二，ZrO2包覆层有效减轻了电解液对材料表面的腐蚀，保证了结构的完整性，同时抑制了Na2CO3在材料表面的形成，减少了CO2的释放。该工作不仅揭示了O3型钠离子电池层状氧化物正极材料中阴离子的氧化还原化学，而且对调控阴离子的氧化还原化学活性和可逆性有指导意义。
该研究以“Revealing the Anionic Redox Chemistry in O3-Type Layered Oxide Cathode for Sodium-Ion Batteries”为题发表在国际储能领域顶级杂志Energy Storage Materials上（2021, 38, 130-140. DOI：10.1016/j.ensm.2021.03.004）。该工作得到了国家自然科学基金、中科院重大仪器研制、中科院国际合作项目、中央高校基本研究经费等支持。
