在鈉離子電池（SIBs）中，在過渡金屬化合物（TMCs）上不可逆的相轉(zhuǎn)化和困難的解吸會(huì)引起的低的初始庫侖效率（ICE）。然而，反應(yīng)可逆性差的潛在物理化學(xué)機(jī)制仍然是一個(gè)有爭(zhēng)議的問題。

在此，廈門大學(xué)孫世剛院士、廖洪鋼教授團(tuán)隊(duì)通過使用原位透射電子顯微鏡和原位X射線衍射，證明了NiCoP@C是由P在碳層中的快速遷移和放電過程中分離的Na₃P優(yōu)先形成引起的。通過對(duì)碳涂層進(jìn)行改性，抑制了Ni/Co/P原子的遷移，從而提高了ICE和循環(huán)穩(wěn)定性。抑制引起組分分離和快速性能退化的快速原子遷移可應(yīng)用于廣泛的電極材料，并指導(dǎo)先進(jìn)SIB的發(fā)展。

圖1. 原位透射電鏡表征NiCoP@C

具體而言，本工作構(gòu)建了一個(gè)碳涂層NiCoP@C用于SIB的負(fù)極。通過使用原位TEM，可視化了反應(yīng)過程中無序碳對(duì)電極結(jié)構(gòu)演變的影響。與以前的觀點(diǎn)不同，本工作證明無序碳的增加不會(huì)影響Na的脫出。相反，無序程度越高的碳可以抑制活性元素（Ni/Co/P原子）的原子遷移，提高反應(yīng)的可逆性。結(jié)合EXAFS、原位XRD和XPS結(jié)果，放電產(chǎn)物Na₃P的相分離應(yīng)該是低ICE和電池性能差的原因。

DFT計(jì)算進(jìn)一步表明，與Ni和Co相比，P需要最低的遷移能壘，這導(dǎo)致了Na₃P的孤立分布。最后，通過無序碳對(duì)原子遷移的限制，在1500次循環(huán)后，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)1.7倍的ICE改進(jìn)和在100mA g^-1下224mA h g^-1的比容量。這些發(fā)現(xiàn)為原子遷移誘導(dǎo)的不可逆反應(yīng)和電極性能的快速降解提供了新的見解。了解原子遷移調(diào)節(jié)的基本機(jī)制有助于建立先進(jìn)的儲(chǔ)能系統(tǒng)。

圖2. 結(jié)構(gòu)表征

Unveiling Atom Migration Abilities Affected Anode Performance of Sodium-Ion Batteries,
Angewandte Chemie International Edition 2023 DOI:?10.1002/anie.202303343