層狀氧化物正極的應用受到空氣穩定性差、表面殘堿嚴重和晶格氧逃逸的限制。由于空氣中H2O的嵌入以及離子交換和CO2的加速作用，會導致氧化物正極表面殘堿的產生和結構破壞，從而正極材料失效。此外，不可逆的相變和緩慢晶格氧動力學會也會對電池綜合性能產生不利影響。因此，提高空氣和結構穩定性對于氧化物正極的實用化至關重要。

溫州大學肖遙團隊提出了一種隧道結構原位界面轉化技術，將正極材料表面殘堿轉化為均勻穩定的Na0.44MnO2隧道相界面保護層，實現了精準的界面/體相晶格匹配和變廢為寶的目的，從而全面增強了電池正極材料性能。在此基礎上，研究人員成功構建了 NaNFM@NMO正極材料。基于隧道型氧化物的本征穩定性，NaNFM@NMO展現出優異的電化學性能和物理穩定性。在引入隧道相后，通過原位X射線衍射（XRD）驗證了材料在充放電過程中O3?O3/P3?P3?OP2的可逆相變。值得注意的是，NaNFM@NMO實現了高度可逆的陰離子氧化還原，進一步通過軟X射線吸收光譜（sXAS）得到證實。此外，通過接觸角和老化測試驗證了NaNFM@NMO正極材料空氣穩定性的改善。結果表明，由于隧道結構界面層的穩定作用，NaNFM正極材料在高壓下的晶格氧逃逸現象被顯著抑制，首次放電比容量從NaNFM正極的144.3 mAh g?1大幅增加到184.93 mAh g?1，正極材料能量密度也明顯提高，同時倍率和循環性能也得到了顯著改善。更重要的是，NaNFM@NMO在全電池中的表現出優異的電化學性能，且隧道結構原位界面轉化技術在P2型正極材料中仍能應用，顯示出了該普適性策略在實際應用中的巨大潛力。綜上所述，基于殘堿轉化的層狀氧化物正極界面重構策略將為制備具有優異電化學性能的正極材料以及實用化應用提供有意義的指導。

圖1. 論文研究內容示意圖

該成果以“A Universal Interfacial Reconstruction Strategy Based on Converting Residual Alkali for Sodium Layered Oxide Cathodes: Marvelous Air Stability, Reversible Anion Redox, and Practical Full Cell”為題，發表在國際頂級期刊《Journal of the American Chemical Society》上，溫州大學為第一通訊單位，我院碩士研究生孔令益和University of Wollongong的博士研究生李佳陽為共同第一作者。

原文鏈接：doi.org/10.1021/jacs.4c04766