Improving the stability of P2-type NaMn2/3Ni1/3O2 via phasic intergrowth induced by Li-ion substitution

材料科学 阴极 过渡金属 化学工程 金属 相(物质) 离子 容量损失 结构稳定性 相变 电化学 电极 冶金 物理化学 热力学 化学 结构工程 物理 工程类 催化作用 有机化学 生物化学
作者
Fengbin Huang,Yilin Ge,Hua Cheng,Feng Wang,Qingrong Yao,Zhenhua Chen,Zhouguang Lu,Jianqiu Deng
出处
期刊:Materials Today Energy [Elsevier BV]
卷期号:27: 101041-101041 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.mtener.2022.101041
摘要

Layered transition metal oxides are attractive cathode materials for sodium-ion batteries (SIBs) but are largely hindered by the low capacity and poor cycling stability. Herein, Na is substituted by Li to enhance the capacity and stability of Na 1- x Li x Mn 2/3 Ni 1/3 O 2 . It is found that Li doping can provide robust structure benefiting from contracted adjacent transition metal (TM) layers owing to strong bonding property of O-Li-O and incremental inactive Mn 4+ . So it follows that noxious Mn 3+ Jahn-Teller distortion and slabs slipping are mitigated. Also, the presence of “Li pillar” disturbs the Na + /vacancies and TM ordering during Na extraction, preventing phase transformation during deep desodiation process. Consequently, the Na 1- x Li x Mn 2/3 Ni 1/3 O 2 demonstrates high capacity, remarkable rate capability, and long-term cycling life. Among them, Na 0.8 Li 0.2 Mn 2/3 Ni 1/3 O 2 cathode delivers a discharge capacity of 115.3 mA h g -1 , with a capacity retention of 86.0% after 100 cycles. This simple strategy to stabilize the layered structure oxides is inspiring to design high performance cathode materials for sodium ion batteries. • Intergrowth structure can be carefully designed by Li substitution, where Li occupies both TM and Na sites. Exotic Li disturbs the Na + /vacancy and TM ordering, resulting in the inhibition of phase transformation upon Na + extraction. • Li-doped samples with narrower interlayer space still show fast ion motion, which is ascribed to decreased diffusion barrier rooting from disordered vacancy rearrangement. • In comparison to Li-free sample, Li-substituted materials possess better water resistance and air stability after aging treatment.
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