Tuning oxygen release of sodium-ion layered oxide cathode through synergistic surface coating and doping

电化学 阴极 氧气 氧化物 涂层 兴奋剂 化学工程 材料科学 无机化学 过渡金属 表面改性 化学 纳米技术 电极 物理化学 催化作用 冶金 有机化学 工程类 光电子学
作者
Xueli Zhang,Zhixiong Huang,Yanning Liu,Meng‐Yuan Su,Kai Li,Xing‐Long Wu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:650 (Pt A): 742-751 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.06.201
摘要

Layered transition metal oxides have the greatest potential for commercial application as cathode materials for sodium-ion batteries. However, transition metal oxides inevitably undergo an irreversible oxygen loss process during cycling, which leads to structural changes in the material and ultimately to severe capacity degradation. In this work, using density function theory (DFT) calculations, the Ni-O bond is revealed to be the weakest of the M-O bonds, which may lead to structural failure. Herein, the synergistic surface CeO2 modification and the trace doping of Ce elements stimulate oxygen redox and improve its reversibility, thus improving the structural stability and electrochemical performance of the material. Theoretical calculations prove that Na0.67Mn0.7Ni0.2Co0.1O2 (MNC) obtains electrons from CeO2, avoiding destruction of the Ni-O bond by over-energy released during the charging process and inhibiting oxygen loss. The capacity retention was 77.37% for 200 cycles at 500 mA g-1, compared to 33.84% for the unmodified Na0.67Mn0.7Ni0.2Co0.1O2. Overall, the present work demonstrates that the synergistic effect of surface coating and doping is an effective strategy for realizing tuning oxygen release and high electrochemical performance.
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