鈷在鈉離子電池（SIBs）層狀氧化物正極材料的高電壓范圍內(nèi)顯示出優(yōu)異的性能。然而，其高成本和毒性是顯著的缺點。迫切需要開發(fā)具有高性能的無鈷正極。

圖1 材料表征

華南理工大學(xué)劉軍、中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院彭超等提出了一種簡單而有效的無Co雙金屬替代策略，即采用廉價的鎂和鈦元素替代鈷。研究顯示，鎂和鈦元素的共同替代不僅降低了正極材料的成本，而且對陰離子氧化還原反應(yīng)也有好處。

新型的無鈷P2-Na_0.67Mn_0.53Ni_0.30Mg_0.085Ti_0.085O₂（Ni30MgTi）正極在2.0-4.25V下以電流密度為50mA g^-1運行時提供了118mA h g^-1的可逆比容量，這甚至高于含有Co的基礎(chǔ)樣品。

圖2 電化學(xué)性能研究

非電化學(xué)活性的Mg和Ti元素不僅通過激活陰離子氧化還原反應(yīng)來保持容量，而且由于更高的工作電壓而提高了能量密度（中位放電電壓從3.21V提高到3.59V，而放電能量密度從325Wh提高到410Wh kg^-1）。此外，Ni30MgTi顯示出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在充電和放電過程中其體積變化僅為0.3%。

另外，在高電壓范圍內(nèi)沒有發(fā)生氧的損失，這表明Ni30MgTi的陰離子氧化反應(yīng)是穩(wěn)定的?？傮w而言，雙金屬共替代的概念為SIBs提供了一個簡單有效的無Co策略，以降低成本并同時提高層狀氧化物正極材料的能量密度。

圖3 非原位XPS分析

Co-Free Layered Oxide Cathode Material with Stable Anionic Redox Reaction for Sodium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301471