通过一种协同策略调节P2型Na0.67Mn0.5Fe0.5O2正极材料的阴/阳离子氧化还原反应

作     者：孔伟进 杨文云 宁德 李庆远 郑黎荣 杨金波 孙凯 陈东风 刘向峰 Weijin Kong;Wenyun Yang;De Ning;Qingyuan Li;Lirong Zheng;Jinbo Yang;Kai Sun;Dongfeng Chen;Xiangfeng Liu

作者机构：Center of Materials Science and Optoelectronics EngineeringCollege of Materials Science and Optoelectronic TechnologyUniversity of Chinese Academy of SciencesBeijing 100049China State Key Laboratory for Mesoscopic PhysicsSchool of PhysicsPeking UniversityBeijing 100871China Helmholtz-Center Berlin for Materials and EnergyHahn-Meitner-Platz 1Berlin 14109Germany Beijing Synchrotron Radiation FacilityInstitute of High Energy PhysicsChinese Academy of SciencesBeijing 100049China Department of Nuclear PhysicsChina Institute of Atomic EnergyBeijing 102413China CAS Center for Excellence in Topological Quantum ComputationUniversity of Chinese Academy of SciencesBeijing 100190China 

出 版 物：《Science China Materials》 (中国科学（材料科学（英文版）)

年 卷 期：2020年第63卷第9期

页      面：1703-1718页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0702[理学-物理学] 

基　　金：supported by the National Natural Science Foundation of China(11975238 and 11575192) the Scientific Instrument Developing Project(ZDKYYQ20170001) the International Partnership Program(211211KYSB20170060 and 211211KYSB20180020) the Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences(XDB28000000) the Natural Science Foundation of Beijing Municipality(2182082) The support from University of Chinese Academy of Sciences is also appreciated 

主　　题：sodium-ion battery P2-type cathode anion redox electron density nephogram Li2SiO3 coating 

摘      要：P2型钠离子电池正极材料中的阴离子氧化还原化学(O^2-→O^-)引起了广泛关注.但是如何调节阴离子氧化还原反应仍然是一个很大的挑战.本文通过一种集Li2SiO3包覆层、Li掺杂和Si掺杂三方优点的协同策略对正极材料Na0.67Mn0.5Fe0.5O2中阴、阳离子氧化还原反应的活性和可逆性进行了调控.改性后正极材料的初始容量、倍率性能和循环稳定性都得到了显著改善.通过中子衍射、同步辐射X射线吸收谱、原位X射线衍射、电子顺磁共振、第一性原理计算等手段深入揭示了调控机理.Li2SiO3包覆层减轻了电极表面的副反应,提高了循环稳定性.Si^4+掺杂扩大了钠层层间距,降低了Na^+扩散势垒.此外,Si^4+掺杂还增强了结构的稳定性以及氧的氧化还原活性和可逆性.Li^+在Na位的掺杂进一步提高了结构的稳定性.电子密度云图证实了改性样品中Na和O活性较高.核密度云图和键价能谱确定了Na^+从Nae向Naf的迁移途径.本文所揭示的阴/阳离子氧化还原反应调控机理对其他氧化物正极材料的设计也具有指导意义.