Synergistic Suppression of Jahn–Teller Distortion in P2‐Type Li/Mn Cathodes by Fe Substitution and Increased Na Content

法拉第效率 阴极 氧化还原 电化学 氧化物 材料科学 氧气 无机化学 八面体 失真(音乐) 析氧 化学工程 结构稳定性 钠 纳米技术 过渡金属 电极
作者
Jie Zeng,Cui Ma,Chong‐Yu Du,Zhe Mei,Zhe Qian,Zi‐Ting Zhou,Yong‐Ning Zhou
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (50): e10373-e10373
标识
DOI:10.1002/smll.202510373
摘要

Abstract Promoting oxygen redox is an effective strategy to boost capacity in layered cathode materials for sodium‐ion batteries. P‐type Li‐ and Mn‐based layered oxide cathodes are among the most promising candidates for triggering oxygen redox, but they face significant challenges, including low initial coulombic efficiency (due to sodium deficiency) and severe Jahn–Teller distortion when Mn 4+ is reduced to Mn 3+ . In this work, Jahn–Teller distortion is effectively alleviated and initial coulombic efficiency is remarkably improved in a P2‐type layered oxide cathode Na 0.75 Li 0.2 Mn 0.7 Fe 0.1 O 2 (LMF‐75), through the synergy of Fe substitution and increased Na content. Fe substitution effectively suppresses MnO 6 octahedra distortion and promotes coupled redox between oxygen and transition metals, thereby improving oxygen redox reversibility. The increased Na content significantly improves the initial coulombic efficiency and regulates Mn redox, thus reducing Mn 3+ formation and alleviating the associated Jahn–Teller distortion. As a result, the synergy of Fe substitution and increased Na content efficiently enhances structural stability and electrochemical performance. The LMF‐75 cathode delivers a high reversible capacity of 196.7 mAh g −1 , an initial coulombic efficiency of 92.6%, and outstanding cycling stability of 96.2% capacity retention after 100 cycles. This synergistic strategy provides a promising approach for designing high‐performance Li‐ and Mn‐based cathode materials.
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