Revisiting the capacity-fading mechanism of P2-type sodium layered oxide cathode materials during high-voltage cycling

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作者
Meidan Jiang,Guannan Qian,Xiao‐Zhen Liao,Zhouhong Ren,Qingyu Dong,Dechao Meng,Guijia Cui,Siqi Yuan,Sang‐Jun Lee,Tian Qin,Liu Xi,Yanbin Shen,Yu‐Shi He,Liwei Chen,Yijin Liu,Linsen Li,Zi‐Feng Ma
出处
期刊:Journal of Energy Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:69: 16-25 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.jechem.2022.01.010
摘要

P2-type sodium layered oxide cathode (Na2/3Ni1/3Mn2/3O2, P2-NNMO) has attracted great attention as a promising cathode material for sodium ion batteries because of its high specific capacity. However, this material suffers from a rapid capacity fade during high-voltage cycling. Several mechanisms have been proposed to explain the capacity fade, including intragranular fracture caused by the P2-O2 phase transion, surface structural change, and irreversible lattice oxygen release. Here we systematically investigated the morphological, structural, and chemical changes of P2-NNMO during high-voltage cycling using a variety of characterization techniques. It was found that the lattice distortion and crystal-plane buckling induced by the P2-O2 phase transition slowed down the Na-ion transport in the bulk and hindered the extraction of the Na ions. The sluggish kinetics was the main reason in reducing the accessible capacity while other interfacial degradation mechanisms played minor roles. Our results not only enabled a more complete understanding of the capacity-fading mechanism of P2-NNMO but also revealed the underlying correlations between lattice doping and the moderately improved cycle performance.
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