Achieving reversible Mn2+/Mn4+ double redox couple through anionic substitution in a P2-type layered oxide cathode

氧化还原 电化学 阴极 材料科学 氧化物 兴奋剂 离子 溶解 无机化学 电极 物理化学 化学 光电子学 有机化学 冶金
作者
Haolv Hu,Hung‐Chieh He,Rue-Kun Xie,Chen Cheng,Tianran Yan,Chi Chen,Dan Sun,Ting‐Shan Chan,Jinpeng Wu,Liang Zhang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:99: 107390-107390 被引量:94
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107390
摘要

P2-type Mn-based layered oxides have emerged as promising cathode materials for sodium-ion batteries (SIBs) due to their high theoretical capacity. However, the incorporation of Mn3+ cations induce severe Jahn-Teller (J-T) effect, which seriously distorts the localized lattice structure and results in insufficient battery performance. Herein, we successfully introduce reversible Mn2+/Mn4+ double redox couple into P2-type Na0.6Mg0.3Mn0.7O2 cathode with suppressed J-T effect through F anion doping strategy. The comprehensive results clearly suggest that F-substitution with an appropriate amount enlarges the interlayer spacing and reduces the band gap, resulting in accelerated charge transfer kinetics. In addition, the strong interaction between Mn and F suppresses the Mn2+ dissolution at discharged states and promotes the reversible conversion from Mn2+ to Mn4+ at charged states, leading to ameliorated J-T effect and enhanced electrochemical performance. Moreover, the oxygen redox reaction is also enhanced through F anion doping strategy. Our present study provides an effective avenue to address the J-T effect by introducing reversible Mn2+/Mn4+ double redox couple in Mn-based oxides, which is expected to revive this cathode family toward practical applications of SIBs.
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