先进能源材料化学教育部重点实验室（南开大学） Key Laboratory of Advanced Energy Materials Chemistry, Ministry of Education (Nankai University)

P2型层状氧化物具有有序的Na⁺/空位排列和P2→O2/OP4相变，导致它们在Na⁺脱嵌表现出多个电压平稳状态。然而P2型正极中钠的缺乏很容易在深脱氧状态下导致较差的结构稳定性，并且在Na⁺脱嵌过程中会限制可逆容量。这些缺点导致大多数P2型层状氧化物的倍率性能较差和以及快速的容量衰减。

有鉴于此，南开大学焦丽芳教授，马里兰大学王春生教授首次报道了Na_0.85Li_0.12Ni_0.22Mn_0.66O₂（P2-NLNMO）的高钠含量P2型层状氧化物。

文章要点：

1）研究发现，Li ⁺（76 pm），Ni²⁺（69 pm）和Mn^{4 +}（53 pm）之间较小的离子半径比，不仅可以有效地抑制将Li引入过渡金属层后的Na⁺/空位有序和电荷有序，而且可以抑制TM层在深陷的结构中滑动（即：P2→O2转变）。此外，高达0.85的Na含量为（脱）插层提供了足够的钠储量，而不会牺牲比容量。作为比较，研究人员还研究了Na_0.85Ni_0.34Mn_0.66O₂（P2-NNMO）的无锂化合物。

2）研究人员通过密度泛函理论计算证实了P2-NLNMO（相对于O3-NLNMO）在高钠含量（0.85）下的热力学稳定性。P2-NLNMO的充放电曲线在很宽的2.0-4.3V电位范围内是完全倾斜的，同时X射线吸收光谱（XAS）证实了Ni²⁺/Ni⁴⁺的氧化还原化学。此外，原位X射线衍射（XRD）表征证实了脱嵌前后的反应是绝对固溶体反应，体积变化很小。而恒流间歇滴定技术（GITT）和密度泛函理论（DFT）计算相结合的分析则表明，Na⁺在Na层内扩散速度快，迁移势垒低。

3）这种无相变的P2-NLNMO材料在0.1 C时具有123 mA h g^-1的高比容量，平均电压为3.5 V，出色的倍率性能（20 C时为79.3 mA h g^-1）和超稳定循环能力（5 C下500次循环后容量保持率为85.4%）。

Ting Jin, et al, Realizing Complete Solid-Solution Reaction in a High Sodium-Content P2-Type Cathode for High-Performance Sodium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2020

DOI：10.1002/anie.202003972

https://doi.org/10.1002/anie.202003972