Ion‐Migration Mechanism: An Overall Understanding of Anionic Redox Activity in Metal Oxide Cathodes of Li/Na‐Ion Batteries

材料科学 氧化还原 离子 阴极 碱金属 氧化物 无机化学 金属 过渡金属 动力学 动能 化学工程 化学物理 物理化学 催化作用 化学 冶金 有机化学 物理 量子力学 工程类
作者
Yangyang Lai,Huixian Xie,Peng Li,Biao Li,Along Zhao,Laibing Luo,Zewen Jiang,Yongjin Fang,Shengli Chen,Xinping Ai,Dingguo Xia,Yuliang Cao
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (47) 被引量:99
标识
DOI:10.1002/adma.202206039
摘要

The anionic redox reaction (ARR) has attracted extensive attention due to its potential to enhance the reversible capacity of cathode materials in Li/Na-ion batteries (LIBs/SIBs). However, the understanding of its activation mechanism is still limited by the insufficient mastering of the underlying thermodynamics and kinetics. Herein, a series of Mg/Li/Zn-substituted Nax MnO2 and Lix MnO2 cathode materials are designed to investigate their ARR behaviors. It is found that the ARR can be activated in only Li-substituted Lix MnO2 and not for Mg- and Zn-substituted ones, while all Mg/Li/Zn-substituted Nax MnO2 cathode materials exhibit ARR activities. Combining theoretical calculations with experimental results, such a huge difference between Li and Na cathodes is closely related to the migration of substitution ions from the transition metal layer to the alkali metal layer in a kinetic aspect, which generates unique Li(Na)-O-□TM and/or □Li/Na -O-□TM configurations and reducing reaction activation energy to trigger the ARR. Based on these findings, an ion-migration mechanism is proposed to explain the different ARR behaviors between the Nax MnO2 and Lix MnO2 , which can not only reveal the origin of ARR in the kinetic aspect, but also provide a new insight for the development of high-capacity metal oxide cathode materials for LIBs/SIBs.
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