Suppressing the formation of OP4 phase in P2-Structured Na0.67Ni0.1Co0.1Mn0.8O2 by in-situ formed NiF2 layer

材料科学 阴极 电解质 相变 相(物质) 电化学 过渡金属 图层(电子) 复合材料 电极 热力学 化学 电气工程 物理化学 物理 工程类 催化作用 有机化学 生物化学
作者
Zhongmin Ren,Muqin Wang,Shuaishuai Chen,Jian Liu,Zehua Zhao,Hua Li,Zhenlian Chen,Deyu Wang,Xiaosong Liu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:60: 102815-102815 被引量:26
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102815
摘要

The P2-structured sodium transition metal oxides suffer from an irreversible phase transition to OP4, which results in the -1.3 Å shrinking of lattice c and locks the following electrochemical cycles between OP4 and P2’, seriously aggravating the cracking of cathode materials. Therefore, strategies to suppress the phase transition from P2 to OP4 are currently pursued to alleviate the destructively volumetric changes. Here, the DFT calculations reveal that the transition to OP4 phase is not driven by thermodynamical mechanism but is induced by structural defects. To verify this prediction, an in-situ formed NiF2 layer via electrolyte additives is coated on the P2-structured Na0.67Ni0.1Co0.1Mn0.8O2 during initial charging, which mitigates the generation of structural defects from the side reaction of electrolyte with active sites of cathode particles. The sample protected with NiF2 layer presents a continuous, moderate and reversible structural evolution, free from phase P2’. Therefore, the coated sample delivers 230.1 mAh/g at 0.1C and retains 83.4% capacity at 0.5C after 150 cycles, significantly higher than the values, 174.5 mAh/g and 63.4%, respectively, of the pristine materials. This work demonstrates the severe phase transition in P2-type cathode can be effectively alleviated by a simple surface modification.
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