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層狀過渡金屬氧化物（TMO）正極材料中的鈉提取/嵌入通常伴隨著板坯滑動和晶格變化，導致微觀結構破壞和容量衰減。

在此，南開大學Fujun Li在Na_0.9Ni_0.32Zn_0.08Fe_0.1Mn_0.3Ti_0.2O₂的O3型Ni基層狀陰極中，在Na+萃取后觀察到負晶格膨脹。

文章要點

1）研究發現，這是由于Zn²⁺-O^2-軌道雜化較弱，周圍氧的電子密度增加，從而增強了層間O-O排斥力。這使得TMO板片能夠滑動以進行P3→OP2的共生相變，從而以適度的晶格收縮來減輕晶格應變，其一般板間間距和體積變化分別低至2.4%和1.9%。

2）由于TiO₆八面體在循環過程中的靈活性，強Ti-O鍵可適應TMO₆八面體的內部變形。這些賦予了袋型鈉離子電池144.9 mAh g^-1的高比容量和優異的循環性能，3600次循環后容量保持率為93%。

參考文獻

Tong Zhang, et al, Negative Lattice Expansion in an O3-Type Transition-Metal Oxide Cathode for Highly Stable Sodium-Ion Batteries, Angew. Chem. Int. Ed. 2024, e202316949

DOI: 10.1002/anie.202316949

https://doi.org/10.1002/anie.202316949