Developing an abnormal high-Na-content P2-type layered oxide cathode with near-zero-strain for high-performance sodium-ion batteries

拉伤 阴极 材料科学 离子 氧化物 零(语言学) 氧化钠 化学工程 纳米技术 化学 冶金 物理化学 医学 有机化学 内科学 工程类 语言学 哲学
作者
Haiyan Hu,Jiayang Li,Yi‐Feng Liu,Yan‐Fang Zhu,Hongwei Li,Xin‐Bei Jia,Zhuang‐Chun Jian,Hanxiao Liu,Lingyi Kong,Zhiqi Li,Hanghang Dong,Mengke Zhang,Lang Qiu,Jingqiang Wang,Shuangqiang Chen,Xiongwei Wu,Xiaodong Guo,Yao Xiao
出处
期刊:Chemical Science [Royal Society of Chemistry]
卷期号:15 (14): 5192-5200 被引量:31
标识
DOI:10.1039/d3sc06878a
摘要

Layered transition metal oxides (NaxTMO2) possess attractive features such as large specific capacity, high ionic conductivity, and a scalable synthesis process, making them a promising cathode candidate for sodium-ion batteries (SIBs). However, NaxTMO2 suffer from multiple phase transitions and Na+/vacancy ordering upon Na+ insertion/extraction, which is detrimental to their electrochemical performance. Herein, we developed a novel cathode material that exhibits an abnormal P2-type structure at a stoichiometric content of Na up to 1. The cathode material delivers a reversible capacity of 108 mA h g-1 at 0.2C and 97 mA h g-1 at 2C, retaining a capacity retention of 76.15% after 200 cycles within 2.0-4.3 V. In situ diffraction studies demonstrated that this material exhibits an absolute solid-solution reaction with a low volume change of 0.8% during cycling. This near-zero-strain characteristic enables a highly stabilized crystal structure for Na+ storage, contributing to a significant improvement in battery performance. Overall, this work presents a simple yet effective approach to realizing high Na content in P2-type layered oxides, offering new opportunities for high-performance SIB cathode materials.
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