The suppression effect of Mg doping on oxygen redox in Mn-based layered oxide cathodes for sodium-ion batteries

氧化还原 兴奋剂 阴极 无机化学 氧气 氧化物 离子 化学 材料科学 冶金 光电子学 物理化学 有机化学
作者
Jie Liu,R. L. Liu,J.F. Lang,Yuqiao Song,Chaojie Wang,C. H. Wei,Yaowen Cui,Yu Xia,Hongsen Li
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:127 (5) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0284724
摘要

Layered transition metal oxides, owing to the presence of anion redox reactions (ARRs), are promising candidates for high-energy-density cathodes. However, ARR often leads to irreversible lattice degradation and a decline in electrochemical stability. Although numerous studies have demonstrated that doping with non-electrochemically active metals (such as Zn, Ti, Mg, etc.) can enable reversible ARR, the phenomenon of a sloping charge “plateau” in the modified materials when charged to high voltages has been overlooked. This work investigates the effect of Mg doping on the oxygen redox reaction in sodium-ion manganese-based layered oxide cathodes. By gradient doping Mg into Na0.67Ni0.33Mn0.67O2, we find that Mg doping suppresses ARR. Experimental and density functional theory analyses reveal that Mg forms strong covalent bonds with oxygen, localizing the electron distribution and reducing the participation of lattice oxygen in the charge compensation process. This work provides insights into the ARR mechanism in layered oxide cathodes.
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