Improving the Crystal Stability of O3-type Metal Oxide Cathode Materials by Cu Substitution for Na-Ion Batteries

阴极 材料科学 过渡金属 氧化物 化学工程 金属 相变 离子 结构稳定性 冶金 化学 物理化学 催化作用 有机化学 热力学 工程类 物理 结构工程
作者
Honghao Deng,Yang Yang,Liying Liu,Jia Hong Pan,Ping Chen,Zhicong Shi
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
卷期号:38 (10): 9066-9071 被引量:19
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.4c00250
摘要

Nickel–iron–manganese-based (NiFeMn-based) O3-type layered oxides hold substantial promise as cathode materials for large-scale applications in sodium-ion batteries (SIBs). However, their cyclic stability still requires optimization by elemental substitution at different lattice sites. Herein, we present a high-temperature solid-state reaction synthesis of a pure O3-phase NaNi0.3Cu0.1Fe0.2Mn0.4O2 (NCFM) exhibiting a reversible capacity of 126.5 mAh g–1 and maintaining a capacity retention of 89% after 100 cycles at 0.2 C. Upon continuous charging and discharging, the discharge plateaus initially situated at 2.6 V gradually transform into a sloped curve ranging from 2.8 to 2.6 V. The noteworthy improvement in cyclic stability observed in NCFM underscores the significant impact of Cu substitution in NiMnFe-based layered oxide materials for SIBs. Ex situ X-ray diffraction indicates that NCFM undergoes a reversible "O3–P3–O3 + P3–O3" phase transition during cycling. Our findings highlight the advantageous role of Cu substitution in NCFM, showcasing its potential as a promising cathode material for enhancing the performance of SIBs.
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