传统的钠离子电池中,过渡金属氧化物通过过渡金属得失电子实现电池的充放电过程,人们通过掺杂、包覆等方式提高钠离子电池性能。然而钠离子电池的实际应用依然需要克服相对较小的容量的障碍。因此,通过阴离子参与氧化还原提高钠离子电池容量是一种有效的策略。但是,钠电层状正极材料通过阴离子参与氧化还原在高电压区通常会发生不可逆的氧氧化还原反应,导致结构不稳定。
中科院化学所郭玉国研究员等人提出通过在正极材料晶格中掺杂轻质硼来抑制高压(即4.0 V vs. Na+/Na)下的不可逆氧析出。共价B-O键的存在使得氧原子拥有更多的负电荷确保了NaLi1/9Ni2/9Fe2/9Mn4/9O2正极材料的坚固结构,同时减轻了氧的过度氧化,并抑制了电池循环过程中不可逆的结构变化。此外,B掺杂正极材料促进了可逆过渡金属氧化还原反应,在25 mA g-1下室温容量为160.5 mAh g -1,在250 mA g-1下循环200次后容量保持率为82.8%。且组装了一个71.28 mAh的单面涂布实验室规模的钠离子软包电池作为概念的证明。该文章发表在国际顶级期刊《Nature communications》上(https://www.nature.com/articles/s41467-021-25610-7)。郭玉国和殷雅侠研究员为该文章的共同通讯作者,博士研究生郭玉洁、博士牛玉斌和博士王鹏飞为本文共同第一作者。