Optimizing O3-Type Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries: Insights from Precursor-based Structural Control and Particle Sizing Strategies

电化学 阴极 材料科学 粒子(生态学) 粒径 化学工程 离子 尺寸 结构稳定性 阳极 纳米技术 复合材料 化学 电极 结构工程 有机化学 海洋学 物理化学 工程类 地质学
作者
Zhenan Bao,Yi Zhao,Minghuang Li,Qi Wang,Lei Cheng,Ming Liu,Xing Ou,Xiaowei Wang
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier]
卷期号:477: 143822-143822 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2024.143822
摘要

Utilization of secondary spherical structures derived from metal hydroxides as precursor materials is one of the most promising approaches in terms of energy density and industrial viability for sodium-ion batteries. However, the understanding of how the particle size and arrangement of these secondary spherical structures influence electrochemical performance remains limited. Herein, a series of O3-type layered oxide cathode materials with various sizes (6, 8, 10, and 12 μm) and internal structures (hollow and radial arrangements) were tailored based on precursor-based structural control and particle sizing strategies. The relation in precursor size/structure, cathode characteristics, crystal microstress, structural stability, and electrochemical performance was established through a combination of structure, morphology, and electrochemical characterization. Notably, the size of secondary spherical particles exerted influence on microstress, leading to consequential changes in the c-axis. Elevated microstress levels induced compression of the unit cell along the c-axis, hampering sodium ion migration and undermining the stability of secondary spherical particles during cyclic charge-discharge processes. The optimized NaNi1/3Fe1/3Mn1/3O2-10 material exhibits the least micro stress and significant layer distance, delivers a capacity of 110 mAh g−1, and maintains an impressive capacity retention rate of 91.8% after 100 cycles at 10 C. This work offers valuable insights in energy-density cathode materials in sodium ion batteries.
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