K‐Doping Suppresses Oxygen Redox in P2‐Na 0.67 Ni 0.11 Cu 0.22 Mn 0.67 O 2 Cathode Materials for Sodium‐Ion Batteries

氧化还原 阴极 兴奋剂 材料科学 氧气 分析化学(期刊) 无机化学 结晶学 化学 物理化学 光电子学 有机化学 色谱法
作者
Bei Zhou,Deniz Wong,Zhongheng Fu,Hao Guo,Christian Schulz,Guruprakash Karkera,Horst Hahn,Matteo Bianchini,Qingsong Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (43): e2402991-e2402991 被引量:14
标识
DOI:10.1002/smll.202402991
摘要

In P2-type layered oxide cathodes, Na site-regulation strategies are proposed to modulate the Na+ distribution and structural stability. However, their impact on the oxygen redox reactions remains poorly understood. Herein, the incorporation of K+ in the Na layer of Na0.67Ni0.11Cu0.22Mn0.67O2 is successfully applied. The effects of partial substitution of Na+ with K+ on electrochemical properties, structural stability, and oxygen redox reactions have been extensively studied. Improved Na+ diffusion kinetics of the cathode is observed from galvanostatic intermittent titration technique (GITT) and rate performance. The valence states and local structural environment of the transition metals (TMs) are elucidated via operando synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS). It is revealed that the TMO2 slabs tend to be strengthened by K-doping, which efficiently facilitates reversible local structural change. Operando X-ray diffraction (XRD) further confirms more reversible phase changes during the charge/discharge for the cathode after K-doping. Density functional theory (DFT) calculations suggest that oxygen redox reaction in Na0.62K0.03Ni0.11Cu0.22Mn0.67O2 cathode has been remarkably suppressed as the nonbonding O 2p states shift down in the energy. This is further corroborated experimentally by resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) spectroscopy, ultimately proving the role of K+ incorporated in the Na layer.
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