Ligand‐Field Splitting Parameter Optimization Achieves Synergistic Enhancement of Transition Metal Redox Activity and Structural Stability in High‐Voltage Sodium Layered Oxide Cathodes

材料科学 氧化还原 过渡金属 阴极 氧化物 金属 配体(生物化学) 电压 无机化学 纳米技术 化学工程 冶金 物理化学 化学 电气工程 生物化学 受体 工程类 催化作用
作者
Qiannan Zhou,Yu Li,Shuqiang Li,Zilu Wang,Qiaojun Li,Xueying Lu,Zhixu Qiu,Chuan Wu,Ying Bai
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (51) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/adfm.202509825
摘要

Abstract Triggering oxygen anionic redox to achieve high‐capacity Na x TMO 2 faces a critical challenge because of the irreversible chemo‐mechanical distortion and uncontrollable oxygen release at high voltage. To circumvent this issue, a strategy of stimulating transition metal (TM) redox activity based on the ligand‐field splitting parameter ( Δ ) is proposed. Specifically, strongly polarized Mg−O−Fe configurations in the O3‐NaNi 0.1 Fe 0.2 Mn 0.5 Mg 0.2 O 2 (O3‐NaNFMMO) is constructed to effectively optimize the electron occupancy state of Fe 3 d orbital by reducing its Δ , thereby stimulating the Fe redox activity while alleviating excessive oxygen redox. Additionally, the Mg pillar in Na sites ensures more extractable Na + and suppresses the Na‐free layers formation at high voltage, which can simultaneously improve the specific capacity and cycling stability. As a result, the designed cost‐effective O3‐NaNFMMO cathode delivers an outstanding specific capacity of 198 mAh g −1 at 0.1 C and high‐voltage cycling stability with 78% capacity retention after 1500 cycles at 5 C. Notably, the thermal degradation and air sensitivity, as the critical barriers to commercialization, are significantly suppressed in O3‐NaNFMMO cathode. This work establishes a universal design principle for high‐performance Na x TMO 2 cathodes and offers a scalable pathway toward practical, cost‐effective SIBs.
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