Formulating High‐Rate and Long‐Cycle Heterostructured Layered Oxide Cathodes by Local Chemistry and Orbital Hybridization Modulation for Sodium‐Ion Batteries

阴极 材料科学 调制(音乐) 氧化物 纳米技术 离子 物理化学 光电子学 化学 美学 哲学 有机化学 冶金
作者
Yao Xiao,Hongrui Wang,Haiyan Hu,Yan‐Fang Zhu,Shi Li,Jiayang Li,Xiongwei Wu,Shulei Chou
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (33): e2202695-e2202695 被引量:151
标识
DOI:10.1002/adma.202202695
摘要

Abstract It is still very urgent and challenging to simultaneously develop high‐rate and long‐cycle oxide cathodes for sodium‐ion batteries (SIBs) because of the sluggish kinetics and complex multiphase evolution during cycling. Here, the concept of accurately manipulating structural evolution and formulating high‐performance heterostructured biphasic layered oxide cathodes by local chemistry and orbital hybridization modulation is reported. The P2‐structure stoichiometric composition of the cathode material shows a layered P2‐ and O3‐type heterostructure that is explicitly evidenced by various macroscale and atomic‐scale techniques. Surprisingly, the heterostructured cathode displays excellent rate performance, remarkable cycling stability (capacity retention of 82.16% after 600 cycles at 2 C), and outstanding compatibility with hard carbon anode because of the integrated advantages of intergrowth structure and local environment regulation. Meanwhile, the formation process from precursors during calcination and the highly reversible dynamic structural evolution during the Na + intercalation/deintercalation process are clearly articulated by a series of in situ characterization techniques. Also, the intrinsic structural properties and corresponding electrochemical behavior are further elucidated by the density of states and electron localization function of density functional theory calculations. Overall, this strategy, which finely tunes the local chemistry and orbitals hybridization for high‐performance SIBs, will open up a new field for other materials.
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