鋰離子和鈉離子電池是為電動(dòng)汽車和電網(wǎng)存儲(chǔ)供電的有效系統(tǒng)。層狀3d過渡金屬氧化物AxTMO2（A=Li，Na；TM=3d過渡金屬；0<x≤2）因其優(yōu)異的能量密度而作為陰極材料受到廣泛關(guān)注。然而，它們受到TM離子遷移相關(guān)晶體結(jié)構(gòu)退化造成的幾個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)的困擾，例如較差的循環(huán)穩(wěn)定性、較差的速率性能、顯著的電壓滯后和嚴(yán)重的電壓衰減。為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，西安工業(yè)大學(xué)潘洪革、劉艷霞、武志俊對(duì)TM離子在AxTMO2中的遷移行為進(jìn)行了深入的討論和全面的概述。
本文要點(diǎn)：
1) 首先，作者討論了影響TM離子遷移的關(guān)鍵熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)，包括離子半徑、電子構(gòu)型、晶體結(jié)構(gòu)排列和遷移能壘。特別地，提供了關(guān)于Ni、Co、Mn、Fe、Cr和V離子在分層陰極材料中的普遍和特定遷移特性的詳細(xì)信息。隨后，作者從技術(shù)問題背后的基礎(chǔ)科學(xué)角度強(qiáng)調(diào)了這些遷移對(duì)電化學(xué)性能的影響，并總結(jié)了調(diào)節(jié)TM離子遷移以開發(fā)先進(jìn)陰極材料的策略。
2) 此外，目前還存在探測(cè)TM離子遷移的表征技術(shù)，如中子衍射（ND）、掃描透射電子顯微鏡（STEM）、核磁共振（NMR）等。最后，作者全面總結(jié)了該領(lǐng)域的未來發(fā)展方向。
Shengnan He et.al Unraveling 3d Transition Metal (Ni, Co, Mn, Fe, Cr, V) Ions Migration in Layered Oxide Cathodes: A Pathway to Superior Li-Ion and Na-Ion Battery Cathodes Adv. Mater. 2024
https://doi.org/10.1002/adma.202413760
