铝钉扎水钠锰矿正极

同时抑制姜-泰勒效应

铝钉扎效应同时解决结构塌缩和离子扩散慢的问题，使层状水钠锰矿成为高倍率、长循环的铵离子电池正极材料。

Cheng, Chao · Liu, Qiang · Fei, Ye · Wenshu, Chen · 程军 · Chen, Xuecheng · 唐子龙 · 朱孔军 · 吴宇平 · 胡林峰

Advanced Materials 2025

具体参数

NH₄⁺扩散系数

{'zh': '1.58e-9', 'en': '1.58e-9'} cm² s⁻¹

循环寿命

{'zh': '5000', 'en': '5000'} cycles

技术优势

抑制姜-泰勒畸变

Al³⁺以[AlO₆]八面体形式钉扎在层内，降低Mn³⁺含量并增强Mn─O键共价性，从而抵抗[MnO₆]八面体的共线伸长/压缩变形，避免结构坍塌。

扩散系数提升5倍

铝钉扎增大了层间距并降低了NH₄⁺在层间的扩散势垒，使扩散系数从原始值提升约5倍，达到1.58×10⁻⁹ cm² s⁻¹，实现高倍率能力。

长循环稳定性

最优组分Na₀.₇Al₀.₁Mn₀.₉O₂在1.0 A g⁻¹下循环5000次后仍保持稳定，性能超过大多数已报道的铵离子电池。

应用场景

• 水系铵离子电池：提供一种高倍率、长循环的正极材料，解决现有铵离子电池正极结构不稳和扩散慢的瓶颈。
• 水系储能：作为水系储能器件的正极，利用其开放的扩散通道和稳定的结构实现高效储能。
• 锰基正极：通过铝钉扎解决锰基正极常见的姜-泰勒畸变问题，提升循环稳定性和倍率性能。