亚稳态 NaMnO$_2$ 多晶型体的计算发现：具有超低 Na$^+$ 迁移势垒的高性能正极材料
材料科学
2025-06-24 v1
摘要
通过结合从头算演化算法与第一性原理计算，两种亚稳态 NaMnO 多晶型体（ 和 Cmcm）被确定为钠离子电池的有前途的正极材料。这两种相均表现出优异的热力学稳定性，在 0--50~GPa 范围内位于基态 \textit{Pmmn} 相的 35~meV/atom 以内，并且如声子谱和从头算分子动力学模拟所证实，在高压合成后的环境条件下表现出动力学和热稳定性。在脱钠过程中，Jahn--Teller 诱导的磁跃迁增强了 Mn--O 杂化，减小了带隙，并促进了稳健的电荷补偿和氧保留。值得注意的是，Cmcm 相实现了创纪录的低 Na 迁移势垒（高 Na 浓度下为 0.39~eV；低浓度下为 0.27~eV），与传统的 相比分别降低了 47% 和 36%，同时提供了更高的平均电压（3.19~V 对比 2.88~V）。 相表现出浓度依赖的扩散特性，具有低能路径（0.38~eV）并保持有竞争力的电压（2.94~V）。这些发现表明，亚稳态 NaMnO 多晶型体可为传统正极材料提供可行的替代方案，尤其是在需要快速离子传导的场合。
引用
@article{arxiv.2506.17866,
title = {Computational Discovery of Metastable NaMnO$_2$ Polymorphs as High-Performance Cathodes with Ultralow Na$^+$ Migration Barriers},
author = {Fukuan Wang and Chen Zhou and Busheng Wang and Yong Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.17866},
year = {2025}
}
备注
23 pages, 7 figures