A thermodynamically stable O2-type cathode with reversible O2-P2 phase transition for advanced sodium-ion batteries

阴极 插层(化学) 相变 离子 化学 氧化物 材料科学 化学工程 无机化学 热力学 物理化学 有机化学 物理 工程类
作者
Peiyu Hou,Zezhou Lin,Mohan Dong,Zhenbo Sun,Maosheng Gong,Feng Li,Xijin Xu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:649: 1006-1013 被引量:11
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.06.162
摘要

Low-cost sodium-ion batteries (SIBs) have shown very promise in the applications of renewable energy and low-speed electric vehicles. The development of a new O2-type cathode in SIBs is very challenging in that this compound is only stable as an intermediate product of P2-type oxides during redox reactions. Here, we report a thermodynamically stable O2-type cathode obtained by Na/Li ion exchange from P2-type oxide in a binary molten salt system. It is demonstrated that the as-prepared O2-type cathode exhibits a highly reversible O2–P2 phase transition during Na+ de-intercalation. The unusual O2–P2 transition has a low volume change of ∼11%, much lower than that of 23.2% for P2–O2 transformation in the P2-type cathode. The lowered lattice volume change of this O2-type cathode gives rise to superior structural stability upon cycling. Therefore, the O2-type cathode possesses a reversible capacity of about 100 mAh/g with a good capacity retention of 87.3% even after 300 cycles at 1C, indicating outstanding long-term cycling stability. These achievements will promote the development new class of cathode materials with high capacity and structural stability for advanced SIBs.
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