Chemically Anchored Lattice Oxygen Enables Stability in Layered Sodium Cathodes

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作者
Zhiyu Song,Shivam Kansara,Shuoshuo Cheng,Miaorui Yang,Fan Li,Chao Qi,Shiyu Li,Jang‐Yeon Hwang,Ying Bai
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (10): 5199-5208 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c02129
摘要

The long-term performance of P2-type layered transition metal oxides is often compromised by irreversible oxygen redox and lattice instability, resulting in rapid capacity degradation. This work proposes a dual-site La3+ substitution strategy to stabilize the lattice oxygen and improve the electrochemical durability. The substitution of La3+ into the transition metal layer forms strong La─O covalent interactions that anchor lattice oxygen while simultaneously lowering the O 2p orbital energy to suppress parasitic oxygen evolution. This electronic and structural modulation enables controlled anionic redox behavior and enhances phase reversibility under deep charge. In situ XRD reveals a minimal volume change (0.9%) during cycling, indicative of an apparent structural resilience. The optimized 0.02La-doped cathode exhibits stable full-cell performance when paired with commercial hard carbon, achieving 80.2% capacity retention over 600 cycles at 5C. These findings demonstrate a viable path toward stable sodium-ion cathodes via rare-earth-assisted lattice oxygen regulation.
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