Высокоэнергетический слоистый катодный материал типа O3 с длительным сроком службы для натрий-ионных аккумуляторов

Слоистые оксиды типа O3 для натрий-ионных аккумуляторов привлекают значительное внимание благодаря низкой стоимости и высокой плотности энергии. Однако их применение ограничивается быстрым снижением ёмкости при длительном циклировании; ключевыми факторами являются неравномерное распределение Na+ и образование микротрещин. В данной работе разработан специально сконструированный реконструированный слой, объединяющий покрытие из быстрого ионного проводника NaCaPO4 с градиентным легированием Ca2+, для повышения химической и механической стабильности поверхности слоистых катодов. Межфазный слой с градиентным легированием Ca2+ обеспечивает равномерное фазовое превращение внутри частиц, уменьшает несоответствие кристаллических решёток, выравнивает распределение Na+ и подавляет образование микротрещин благодаря эффекту закрепления. В результате оптимизированный образец демонстрирует улучшенные электрохимические характеристики и высокую надёжность при высоких напряжениях и в широком диапазоне температур (−10–50 °C). Практическая осуществимость полноэлементного аккумулятора пакетного типа с анодом из твёрдого углерода подтверждена высоким сохранением ёмкости — 82,9% после 300 циклов при токовой нагрузке 0,5 C. Эта масштабируемая стратегия модификации межфазной границы даёт важные ориентиры для разработки перспективных оксидных катодных материалов для натрий-ионных аккумуляторов. Слоистые оксиды типа O3 перспективны для натрий-ионных аккумуляторов, однако характеризуются быстрым снижением ёмкости. Авторы показывают, что реконструированный слой, производный от NaCaPO4 и содержащий градиентное легирование Ca2+, повышает стабильность за счёт снижения решёточных напряжений, индуцированных фазовыми переходами, и выравнивания распределения ионов натрия.