O3型锰基层状氧化物作为钠离子电池正极材料体系中最具应用潜力的候选材料之一，其充放电循环过程中存在由体积变化导致的应力累积、Mn3+离子Jahn-Teller效应导致的晶格失稳，以及电极-电解液界面副反应导致的化学降解。这些使锰基层状氧化物的电化学性能受到机械和化学失效的双重阻碍。 近日，东北大学骆文彬教授团队以O3型锰基层状氧化物为研究对象，通过高温淬火策略构建了兼具机械-化学稳定性的富缺陷复合结构锰基层状氧化物，其独特的复合/缺陷结构和界面钝化效应的协同作用，有效解决了锰基层状氧化物在高压钠离子电池应用中面临的问题。所得材料在4.5V高电压窗口下展现出优异的性能。
通过淬火得到的样品表面存在大量位错、卷曲等缺陷，同时，由于淬火界面发生钠离子的流失，退火处理过程中钠离子的重新分布形成复合结构。优化淬火水溶液成分后，成功在淬火样品中引入了氟离子。所得最终样品平均杨氏模量提高显著，表现出更优异的机械性能。 通过循环后电极的表征和DFT计算研究发现，表面氟化有效抑制了过渡金属迁移和溶解，减轻了材料表面副反应。同时复合结构中，氟离子通过强电负性锚定作用增强了表面P2结构中晶格氧的稳定性，缩小了带隙，提升了电子导电性。对于内部O3结构而言，氟离子的渗入同样优化了材料内部的电子导电性以及降低体相钠离子的扩散能垒，提升了动力学性能。 通过对O3型锰基正极采用淬火策略后，设计得到的P2/P3/O3-Na0.89Ni0.3Mn0.55Cu0.1Ti0.05O1.94F0.06在1.5-4.5V的宽电压范围内表现出卓越的电化学性能，在 0.1 C（1 C = 150 mA g-1）条件下的可逆容量为187.6 mAh g-1。在0.5 C和1 C下循环 200 次后，可逆容量分别为 133.13 mAh g-1 和 121.89 mAh g-1，保持率分别为87.17%和90.4%。同时，在其与硬碳负极组装而成的全电池中也表现出很好的稳定性。该项工作为钠离子电池高性能复合正极材料的开发和稳定机制提供了新的途径和见解。 论文信息 Constructing Mechanical–Chemical Stability via Multiphase Riveting and Interface Optimization Toward Layer-structured Oxide Cathode Material Dongrun Yang, Chen Liu, Xuan-Wen Gao, Zhiwei Zhao, Qinfen Gu, Yutong Long, Qingsong Lai, Hong Chen, Zhaomeng Liu, Wen-Bin Luo Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202500939
