Influence of Co/Ca Codoping Induced Interlayer Structural Regulation on Sodium Storage of P2–Mn–Fe–Cu-Based Oxide Cathodes

材料科学 阴极 氧化物 氧化锰 氧化钠 无机化学 化学工程 冶金 物理化学 化学 工程类
作者
Tianhao Luo,Xiaokai Ding,Hua‐Bin Sun,Zerong Deng,Xi Luo,Lulu Zhang,Xuelin Yang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:17 (15): 22594-22603 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.4c22684
摘要

P2-type Mn-Fe-Cu-based cathode materials have garnered enormous attention as potential candidates for sodium-ion batteries (SIBs). Nevertheless, the detrimental phase transition and irreversible oxygen release cause significant capacity degradation and poor cycling stability, thereby decelerating their application progress. Herein, we develop a novel P2-Na0.65Ca0.05Mn0.55Co0.05Fe0.2Cu0.2O2 cathode material via codoping with Co and Ca ions. The incorporation of Co3+ ions into the Mn sites not only mitigates the Jahn-Teller distortion of Mn3+ ions to hinder the phase transition but also activates the anionic redox activity by establishing a stable CoO6 octahedron. The substitution of Ca2+ ions into the Na sites enhances the stability of the Na+ transport pathway and suppresses the sliding of the TMO2 layers by constructing a stronger Ca-O bond. Under the synergistic effect of the Co/Ca codoping, P2-Na0.65Ca0.05Mn0.55Co0.05Fe0.2Cu0.2O2 shows enhanced Na+ diffusion kinetics, improved intrinsic conductivity, alleviated electrolyte corrosion, and decreased cell volume variation during the Na+ extraction/insertion. Consequently, the codoping electrode exhibits a high initial discharge capacity (125.9 mA h g-1 at 0.2 C), an excellent rate performance (79.6 mA h g-1 at 10 C), and an outstanding long-cycle stability (73.2% capacity retention after 1000 cycles at 10 C). This codoping strategy highlights a promising opportunity to advance the practical application of P2-type Mn-Fe-Cu-based cathode materials in high-performance SIBs.
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