30C/3000次/90.0%!南方科技大学卢周广、韩晓东AM:负焓掺杂,实现高性能钠离子电池!

锂电联盟会长 2025-03-17 09:02

点击左上角“锂电联盟会长”,即可关注!

P2型Na₀.₆₇Ni₀.₃₃Mn₀.₆₇O₂ (NNMO) 作为钠离子电池 (SIBs) 的正极材料,由于在循环过程中因结构演变和不可逆氧损失导致的局部应力持续积累,存在快速容量衰减的问题。
近日,南方科技大学卢周广、韩晓东团队提出了一种负焓掺杂 (NED) 策略,即通过用Sn、Sb、Cu、Ti、Mg和Zn各0.01 mol替代过渡金属 (TM) 位点,以增强TM层的稳定性。NED-NNMO的稳健结构显著抑制了从P2到O2的相变,并在长期循环中提高了Na⁺动力学。因此,与原始NNMO样品相比,NED-NNMO展现出更平滑的电压平台和改善的氧氧化还原可逆性,显著延长了使用寿命。NED-NNMO在0.1 C下可提供138.9 mAh g⁻¹的高容量,工作电压为3.51 V,在1 C下100次循环后容量保持率为94.6%,在30 C的超高倍率下3000次循环后容量保持率为90.0%,是迄今为止报道的最好结果之一。此外,基于NED-NNMO的安时级软包电池展现出139 Wh kg⁻¹的能量密度。这项工作为设计高性能钠离子电池提供了一种负焓掺杂的途径。
该成果以“Negative Enthalpy Doping Stabilizes P2-Type Oxides Cathode for High-Performance Sodium-Ion Batteries”为题发表在“Advanced Materials”期刊,第一作者是Huang Yongcong、Gu Shuai。
(电化学能源整理,未经申请,不得转载)
【工作要点】
本文提出了一种负焓掺杂(Negative Enthalpy Doping, NED)策略,通过在P2型Na₀.₆₇Ni₀.₃₃Mn₀.₆₇O₂(NNMO)的过渡金属(TM)层中掺杂Sn、Sb、Cu、Ti、Mg和Zn等元素,显著增强了TM层的面内强度,从而有效抑制了从P2到O2的不利相变,减少了晶格应力。这一机制使得NED-NNMO在充放电过程中展现出更平滑的电压平台和改善的氧氧化还原可逆性,进而实现了优异的循环稳定性和倍率性能。
图片
 图1
a) P2型正极材料无负焓掺杂(NNMO)和有负焓掺杂(NED-NNMO)的结构示意图。  
b) NNMO的X射线衍射(XRD)Rietveld精修图。  
c) NED-NNMO的X射线衍射(XRD)Rietveld精修图。  
d) NNMO的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像。  
e) NED-NNMO的高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)图像。  
f) 图(e)中突出显示部分的原子分布放大图。
图片
 图2
a, b) 0.1 C下首次充/放电曲线。  
c) 倍率性能,以及d) 30 C下的循环性能。  
e) 30 C下NED-NNMO电极的归一化放电曲线。  
f) 与文献中报道的基于P2型NaxTMOs的钠离子电池正极材料的循环稳定性和循环次数的对比。  
g) 基于NED-NNMO正极和硬碳(HC)的1.14 Ah软包电池的循环稳定性。
图片
 图3
a) NNMO和b) NED-NNMO在0.2 C下的原位X射线衍射(XRD)图的强度等高线图及对应的充/放电曲线。  
c) NNMO和d) NED-NNMO的c轴晶格参数和单位晶胞体积(V)的变化。
图片
 图4
a, c) NNMO和b, d) NED-NNMO的XRD图和SEM图像。  
e) NNMO在20次循环后,f) NED-NNMO在20次和g) 100次循环后的晶格应变状态,通过高角环形暗场扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)表征获得。  
h) 无负焓掺杂的P2型正极材料在长期循环中的结构变化和应力演变示意图。  
i) 负焓掺杂的P2型正极材料在长期循环中的结构变化和应力演变示意图。
图片
 图5
a) NNMO和b) NED-NNMO的恒电位间歇滴定技术(GITT)曲线及对应的钠离子迁移系数(DNa⁺)。  
c) 2.0–4.1 V充电过程中的平均DNa⁺值,d) 4.1–4.3 V充电过程中的平均DNa⁺值,e) 4.3–4.1 V放电过程中的平均DNa⁺值,以及f) 4.1–2.0 V放电过程中的平均DNa⁺值。  
g) P2型结构中钠离子迁移路径示意图,h) O2型结构中钠离子迁移路径示意图。
【结论】  
总之,提出了一种负焓掺杂(Negative Enthalpy Doping, NED)策略,用于提升钠离子电池(SIBs)中P2型Na₀.₆₇Ni₀.₃₃Mn₀.₆₇O₂正极材料的电化学性能。通过NED,过渡金属层的面内强度显著增强,从而有效抑制了不利的P2到O2相变,减少了晶格应力。这一改进使得NED-NNMO正极材料展现出更平滑的充/放电曲线和改善的氧氧化还原可逆性。因此,NED-NNMO正极材料表现出卓越的容量保持率,1 C下100次循环后为94.6%,在超高电流密度30 C下3000次循环后为90.0%。此外,即使在水中浸泡48小时后,NED-NNMO正极材料仍保持优异的循环能力。实际上,基于NED-NNMO正极材料的安时级软包电池展现出139 Wh kg⁻¹的杰出能量密度和稳定的循环性能。这项工作证明了负焓掺杂是一种简便的策略,用于增强过渡金属层的面内强度,减少晶格畸变,从而加速P2型NaxTMOs正极材料在钠离子电池中的实际应用。
Huang, Y., Gu, S., Xu, X., An, Z., Han, X., Cao, Y., He, D., Zhang, F., Guo, H., Liu, Y., Liao, X., Liu, G., Liu, P., Wu, F., Li, Y., Wang, Z., Wang, Z., Ding, C., Wang, Y., Chen, J., Yang, M., Jiang, F., Deng, Y., Xu, Z., & Lu, Z. (2025). Negative enthalpy doping stabilizes P2-type oxides cathode for high-performance sodium-ion batteries. Advanced Materials. 
https://doi.org/10.1002/adma.202408012
文章来源:电化学能源

锂电联盟会长向各大团队诚心约稿,课题组最新成果、方向总结、推广等皆可投稿,请联系:邮箱libatteryalliance@163.com或微信Ydnxke。
相关阅读:
锂离子电池制备材料/压力测试
锂电池自放电测量方法:静态与动态测量法
软包电池关键工艺问题!
一文搞懂锂离子电池K值!
工艺,研发,机理和专利!软包电池方向重磅汇总资料分享!
揭秘宁德时代CATL超级工厂!
搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看!
锂离子电池生产中各种问题汇编
锂电池循环寿命研究汇总(附60份精品资料免费下载)

锂电联盟会长 研发材料,应用科技
评论 (0)
  • 在科技飞速发展的当下,机器人领域的每一次突破都能成为大众瞩目的焦点。这不,全球首届人形机器人半程马拉松比赛刚落下帷幕,赛场上的 “小插曲” 就掀起了一阵网络热潮。4月19日,北京亦庄的赛道上热闹非凡,全球首届人形机器人半程马拉松在这里激情开跑。20支机器人队伍带着各自的“参赛选手”,踏上了这21.0975公里的挑战之路。这场比赛可不简单,它将机器人放置于真实且复杂的动态路况与环境中,对机器人在运动控制、环境感知和能源管理等方面的核心技术能力进行了全方位的检验。不仅要应对长距离带来的续航挑战,还要
    用户1742991715177 2025-04-22 20:42 96浏览
  • 故障现象一辆2016款奔驰C200L车,搭载274 920发动机,累计行驶里程约为13万km。该车组合仪表上的防侧滑故障灯、转向助力故障灯、安全气囊故障灯等偶尔异常点亮,且此时将挡位置于R挡,中控显示屏提示“后视摄像头不可用”,无法显示倒车影像。 故障诊断用故障检测仪检测,发现多个控制单元中均存储有通信类故障代码(图1),其中故障代码“U015587 与仪表盘的通信存在故障。信息缺失”出现的频次较高。 图1 存储的故障代码1而组合仪表中存储有故障代码“U006488 与用户界
    虹科Pico汽车示波器 2025-04-23 11:22 78浏览
  •   复杂电磁环境模拟系统平台解析   一、系统概述   北京华盛恒辉复杂电磁环境模拟系统平台是用于还原真实战场或特定场景电磁环境的综合性技术平台。该平台借助软硬件协同运作,能够产生多源、多频段、多体制的电磁信号,并融合空间、时间、频谱等参数,构建高逼真度的电磁环境,为电子对抗、通信、雷达等系统的研发、测试、训练及评估工作提供重要支持。   应用案例   目前,已有多个复杂电磁环境模拟系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润复杂电磁环境模拟系统。这些成功案例为复杂电
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-23 10:29 154浏览
  •   陆地边防事件紧急处置系统平台解析   北京华盛恒辉陆地边防事件紧急处置系统平台是整合监测、预警、指挥等功能的智能化综合系统,致力于增强边防安全管控能力,快速响应各类突发事件。以下从系统架构、核心功能、技术支撑、应用场景及发展趋势展开全面解读。   应用案例   目前,已有多个陆地边防事件紧急处置系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润陆地边防事件紧急处置系统。这些成功案例为陆地边防事件紧急处置系统的推广和应用提供了有力支持。   一、系统架构   感知层:部
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-23 11:22 112浏览
  •   无人机结构仿真与部件拆解分析系统平台解析   北京华盛恒辉无人机结构仿真与部件拆解分析系统无人机技术快速发展的当下,结构仿真与部件拆解分析系统平台成为无人机研发测试的核心工具,在优化设计、提升性能、降低成本等方面发挥关键作用。以下从功能、架构、应用、优势及趋势展开解析。   应用案例   目前,已有多个无人机结构仿真与部件拆解分析系统在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润无人机结构仿真与部件拆解分析系统。这些成功案例为无人机结构仿真与部件拆解分析系统的推广和应用提
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-23 15:00 154浏览
  • 文/Leon编辑/cc孙聪颖‍在特朗普政府发起的关税战中,全球芯片产业受到巨大冲击,美国芯片企业首当其冲。据报道称,英伟达本周二公布的8-K文件显示,美国政府通知该公司向中国(包括中国香港及澳门)销售尖端芯片(H20)时,需要获得美国政府的许可。文件发布后,英伟达预计会在第一季度中额外增加55亿美元的相关费用计提。随后,英伟达股价单日下跌6.9%,市值一夜蒸发约1890亿美元(约合人民币1.37万亿元)。至截稿时,至截稿时,其股价未见止跌,较前日下跌4.51%。北京时间4月17日,英伟达创始人、
    华尔街科技眼 2025-04-22 20:14 106浏览
  • 前言本文主要演示基于TL3576-MiniEVM评估板HDMI OUT、DP 1.4和MIPI的多屏同显、异显方案,适用开发环境如下。Windows开发环境:Windows 7 64bit、Windows 10 64bitLinux开发环境:VMware16.2.5、Ubuntu22.04.5 64bitU-Boot:U-Boot-2017.09Kernel:Linux-6.1.115LinuxSDK:LinuxSDK-[版本号](基于rk3576_linux6.1_release_v
    Tronlong 2025-04-23 13:59 98浏览
  •   电磁频谱数据综合管理平台系统解析   一、系统定义与目标   北京华盛恒辉电磁频谱数据综合管理平台融合无线传感器、软件定义电台等前沿技术,是实现无线电频谱资源全流程管理的复杂系统。其核心目标包括:优化频谱资源配置,满足多元通信需求;运用动态管理与频谱共享技术,提升资源利用效率;强化频谱安全监管,杜绝非法占用与干扰;为电子战提供频谱监测分析支持,辅助作战决策。   应用案例   目前,已有多个电磁频谱数据综合管理平台在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润电磁频谱数
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-23 16:27 148浏览
  • 一、技术背景与市场机遇在智能家居高速发展的今天,用户对家电设备的安全性、智能化及能效表现提出更高要求。传统取暖器因缺乏智能感知功能,存在能源浪费、安全隐患等痛点。WTL580-C01微波雷达感应模块的诞生,为取暖设备智能化升级提供了创新解决方案。该模块凭借微波雷达技术优势,在精准测距、环境适应、能耗控制等方面实现突破,成为智能取暖器领域的核心技术组件。二、核心技术原理本模块采用多普勒效应微波雷达技术,通过24GHz高频微波信号的发射-接收机制,实现毫米级动作识别和精准测距。当人体进入4-5米有效
    广州唯创电子 2025-04-23 08:41 123浏览
  •   后勤实验仿真系统平台深度解析   北京华盛恒辉后勤实验仿真系统平台依托计算机仿真技术,是对后勤保障全流程进行模拟、分析与优化的综合性工具。通过搭建虚拟场景,模拟资源调配、物资运输等环节,为后勤决策提供数据支撑,广泛应用于军事、应急管理等领域。   应用案例   目前,已有多个后勤实验仿真系统平台在实际应用中取得了显著成效。例如,北京华盛恒辉和北京五木恒润后勤实验仿真系统平台。这些成功案例为后勤实验仿真系统平台的推广和应用提供了有力支持。   一、核心功能   (一)后勤资源模拟
    华盛恒辉l58ll334744 2025-04-23 15:39 118浏览
  • 一、行业背景与市场需求高血压作为全球发病率最高的慢性病之一,其早期监测与管理已成为公共卫生领域的重要课题。世界卫生组织数据显示,全球超13亿人受高血压困扰,且患者群体呈现年轻化趋势。传统血压计因功能单一、数据孤立等缺陷,难以满足现代健康管理的需求。在此背景下,集语音播报、蓝牙传输、电量检测于一体的智能血压计应运而生,通过技术创新实现“测量-分析-管理”全流程智能化,成为慢性病管理的核心终端设备。二、技术架构与核心功能智能血压计以电子血压测量技术为基础,融合物联网、AI算法及语音交互技术,构建起多
    广州唯创电子 2025-04-23 09:06 140浏览
我要评论
0
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦