阐明低镍 O3 型层状氧化物电极在钠离子电池中高度活化的过渡金属氧化还原化学

摘要 低镍 O3 型层状氧化物已成为钠离子电池（SIBs）中具有成本效益的电极候选者。然而，其实际可行性受到快速容量衰减和在安全电压范围内氧化还原活性不足的挑战。在此，我们报告了一种针对 Na 0.96 Ni 0.2 Mn 0.32 Fe 0.4 Mg 0.04 Cu 0.04 O 2 (NMFMC) 的多阳离子成分调节策略，该策略调节过渡金属（TM）3d轨道的能级，以增强双电子 Ni 2+ /Ni 4+ 氧化还原活性并促进协同 Fe 3+ 氧化。这一方法在保持结构完整性的同时，实现了比传统低镍电极提升 17% 的容量（2.0-4.0 V）。操作测量和理论计算表明，Mg/Cu 共掺杂增强的 TM─O 结合减轻了结构畸变并抑制了多相转变，从而实现了优越的循环稳定性。一款 2.65 Ah 的 NMFMC||硬碳袋电池在 1C 循环 1600 次后保持 80% 的容量，并在从 0.5C 循环至 4C 时保留 94% 的容量，显示出在电网规模储能中的实际潜力。通过阐明轨道杂化、氧化还原化学和结构演化之间的相互作用，这项工作确立了高能、耐用 SIB 电极的基本设计原则，同时推进可持续的大规模能源储存解决方案。