Cationic Potential‐Driven Surface Reconstruction Enables Stable High‐Voltage Cylindrical Sodium‐Ion Batteries

材料科学 可扩展性 阳离子聚合 阴极 纳米技术 异质结 离子键合 过渡金属 化学工程 外延 降级(电信) 工作(物理) 制作 理论(学习稳定性) 相(物质) 相变 金属 曲面重建 曲面(拓扑) 纳米尺度 格子(音乐) 结构稳定性 氧化物 科技与社会 芯(光纤) 计算机科学 纳米颗粒 耐久性 复合材料 吸附 表面工程
作者
Yuansheng Shi,Chenguang Zhang,Kaili Li,Dilxat Muhtar,Pengfeng Jiang,Weixin Chen,Erhai Hu,Naufal Hanif Hawari,Chade Lv,Ju Zhao,Qiang Zhu,Zhenxiang Xing,Xia Lu,Qingyu Yan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (36): e73500-e73500
标识
DOI:10.1002/adma.73500
摘要

ABSTRACT Reconciling the trade‐off between high specific capacity and high‐voltage structural stability is the “holy grail” for advanced sodium‐ion batteries. While constructing O3/P2 multiphase heterostructures offers a theoretical solution, preventing stochastic phase distribution while maintaining atomic‐level precision during scalable synthesis remains a formidable hurdle. Herein, a scalable cationic‐potential‐driven surface reconstruction strategy is developed to engineer the interface of O3‐type layered cathodes (O3‐Na 0.9 Mg 0.1 Ni 0.35 Mn 0.35 Ti 0.20 O 2 ). Leveraging a significant ionic potential gradient, the incorporation of a high‐ionic‐potential modifier induces a self‐limiting, nanometric, and Na‐deficient P2 shell that homogeneously encapsulates the O3 core via a coherent epitaxial interface. This robust architecture effectively suppresses lattice oxygen release and transition metal migration while preserving expanded interlayer spacing for rapid Na + kinetics. Consequently, the resulting O3‐core@P2‐shell material delivers excellent cycling stability, retaining 76.3% of its capacity after 400 cycles at 2 C (2.0–4.4 V), vastly outperforming the pristine counterpart (47.8%). Notably, the industrial feasibility (550 g/batch) of this strategy is validated in 1.5 Ah 18650 high‐voltage cylindrical batteries, which maintain 82% capacity after 400 cycles. This work establishes an effective paradigm for harmonizing atomic‐level precision with mass production, unlocking a tangible pathway for high‐energy‐density and long‐life sodium‐ion storage.
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