低成本、高性能的鈉離子電池是大規(guī)模儲能的關(guān)鍵戰(zhàn)略，正極是其中最關(guān)鍵組件之一，層狀氧化物正極由于其組分豐富和理論容量高而被深入研究，晶格氧活性的激活有望實(shí)現(xiàn)超出層狀正極理論極限的超高容量。然而，在層狀結(jié)構(gòu)中充分的O氧化還原總是伴隨著結(jié)構(gòu)的重排和不可逆的氧損失。實(shí)現(xiàn)反應(yīng)活性和可逆性雙高仍然是一個很大的挑戰(zhàn)。
近日，南京大學(xué)周豪慎教授和郭少華教授提出了在Na2/3[Li1/7Mn5/14][Mg1/7Mn5/14]O2（簡寫為LiMn6-MgMn6）材料中構(gòu)建雙蜂窩超晶格結(jié)構(gòu)的策略，以同時實(shí)現(xiàn)晶格O氧化還原的高活性和可逆性。[Li1/7Mn5/14]超晶格單元激活了晶格氧氧化還原活性，使得正極材料在首圈放電表現(xiàn)出285.9 mA g-1的可逆容量，也是目前報(bào)道的鈉離子電池層狀正極的最高可逆容量。密度泛函理論(DFT)計(jì)算、X射線吸收光譜(XAS)和X射線光電子能譜(XPS)測試表明O參與了氧化還原反應(yīng)。[Mg1/7Mn5/14]超晶格單元有利于結(jié)構(gòu)和陰離子氧化還原的可逆性，在高度脫鈉的狀態(tài)下，Li+從TM層中遷移至Na層，Mg-6Mn超晶格起到支柱作用，防止了空位團(tuán)簇、氧氣析出和結(jié)構(gòu)破壞，從而保持了良好的可逆性；在1C (100 mA g-1)電流密度下循環(huán)50圈后保持了85.5%的容量。原位X射線衍射(XRD)顯示了其良好的結(jié)構(gòu)可逆性。核磁共振(NMR)表明Li+可逆地穿梭于Na層和過渡金屬層之間，與Na0.78Li0.26Mn0.74O2形成明顯對比。 本文設(shè)計(jì)合成的具有雙蜂窩超晶格的LiMn6-MgMn6材料中，雙超晶格發(fā)揮了各自的作用，使層狀鈉離子電池正極的首圈放電容量達(dá)到285.9 mAh g-1，且結(jié)構(gòu)可逆性良好。我們的發(fā)現(xiàn)說明了多功能單元的重要性，為實(shí)現(xiàn)先進(jìn)電池材料提供了一種策略。 論文信息 Dual Honeycomb-Superlattice Enables Double-High Activity and Reversibility of Anion Redox for Sodium-Ion Battery Layered Cathodes Qi Wang,Yuxin Liao,Xin Jin,Chen Cheng,Shiyong Chu,Chuanchao Sheng,Prof. Liang Zhang,Prof. Bingwen Hu,Prof. Shaohua Guo,Prof. Haoshen Zhou 文章的第一作者是南京大學(xué)博士生王棋 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202206625
