Slow-Released Cationic Redox Activity Promoted Stable Anionic Redox and Suppressed Jahn–Teller Distortion in Layered Sodium Manganese Oxides

氧化还原 雅恩-泰勒效应 材料科学 锰 阳离子聚合 阴极 无机化学 钠 电化学 化学工程 离子 电极 化学 高分子化学 物理化学 有机化学 冶金 工程类
作者
Ao Zeng,Jianyue Jiao,Hong Zhang,Enyue Zhao,Tao He,Zhenbang Xu,Xiaoling Xiao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (6): 7119-7129 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.3c16320
摘要

Manganese-based layered oxides are considered promising cathodes for sodium ion batteries due to their high capacity and low-cost manganese and sodium resources. Triggering the anionic redox reaction (ARR) can exceed the capacity limitation determined by conventional cationic redox. However, the unstable ARR charge compensation and Jahn–Teller distortion of Mn3+ ions readily result in structural degradation and rapid capacity fade. Here, we report a P2-type Na0.8Li0.2Mn0.7Cu0.1O2 cathode that shows a capacity retention of 84.5% at 200 mA/g after 200 cycles. Combining in situ X-ray diffraction and multi other ex situ characterizations, we reveal that the enhanced cycling stability is ascribed to a slow release of cationic redox activity which can well suppress the Jahn–Teller distortion and favor the ARR reversibility. Furthermore, density-functional theory calculations demonstrate that the inhibited interlayer migration and reduced band gap facilitate the stability and kinetic behavior of ARR. These findings provide a perspective for designing high-energy-density cathode materials with ARR activity.
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