具有鋰軌道雜化材料揭示鈉離子電池新作用機制

西安交通大學電氣學院王鵬飛教授和肖冰教授團隊設計了一種具有鋰軌道雜化的鈉基層狀正極材料，通過引入特殊的Na-O-Li構型，激發未雜化的O 2p軌道參與電荷補償，揭示了鋰軌道雜化化學在鈉電正極材料陰離子氧化還原反應和結構演化的新作用機制，近日該研究成果發表在《美國化學會志》上。

該研究發現，由于額外的陰離子氧化還原反應，氧離子層所攜帶的負電荷減少，顯著降低了O-O層的靜電斥力，這有效緩解了反應過程中的動態相變，因此設計的正極材料在提升陰離子反應可逆容量和動態相穩定性之間達到了平衡，在2.0-4.5 V電壓范圍內獲得了183 mAh g^-1的高比容量。該研究為開發高能量密度鈉離子電池正極材料提供了科學指導。

為了滿足日益增長的儲能需求，鈉離子電池因其資源豐富和成本效益高的優勢，被廣泛認為是鋰離子電池的一種有效補充，研制晶格氧參與氧化還原反應的層狀氧化物正極材料是一種有效提升鈉離子電池能量密度的策略。然而，陰離子氧化還原反應在動態脫嵌鈉離子過程中通常會面臨電化學反應不可逆和有害的結構畸變等科學難題。因此，調節陰離子氧化還原的可逆性，同時穩定反應過程中的動態相演化以獲得額外的容量和能量密度，對于開發陰離子氧化還原反應參與的高比能鈉離子電池正極材料具有重要意義。

相關論文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c04814