探索氧氟框架作为钠离子电池负极材料

钠离子电池（NIBs）因钠元素的丰富性、低成本及热稳定性，日益成为替代锂离子电池的可行方案。为提升NIBs在实际应用中的能量与功率密度，亟需发现新型候选材料。因此，我们探索了含过渡金属的氧氟化物（TMOFs）中采用钙钛矿结构的化学空间，作为可能的NIB负极材料。选择钙钛矿结构是因为其拥有容纳Na⁺的较大离子隧道，而TMOFs的化学特性则源于F⁻的高电负性及诱导效应，可能实现更高电位。我们采用密度泛函理论（DFT）计算方法，估算地面态多态形态、平均Na（去）插电压、热力学稳定性以及Na⁺在两种组成集合：F富集型NaₓMOF₂与O富集型Na₁₊ₓMO₂F（其中x=0--1，M=Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,或Ni）中的Na⁺迁移性。通过识别在带电组成（即MOF₂和NaMO₂F）中的地面态多态形态，我们发现F富集型钙钛矿结构的平均电压高于O富集型。此外，我们发现F富集空间中有六种稳定或准稳定的钙钛矿结构，而O富集结构中除NaTiO₂F外均不稳定。最后，Na离子迁移计算表明，TiOF₂-NaTiOF₂、VOF₂-NaVOF₂、CrOF₂以及NaMnOF₂可能是NIB负极的有前景的组成，尤其适用于应变电极配置或薄膜电池。我们的计算方法与结果为开发涉及含氟插层框架的实用NIBs提供了洞见。