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Boosting the Structural Stability of High‐Voltage Sodium Layered Cathodes via Site‐Selective La/Ti Co‐Doping

材料科学 电化学 阴极 析氧 氧化物 氧化还原 兴奋剂 过渡金属 密度泛函理论 晶体结构 无机化学 化学工程 电极 纳米技术 结晶学 物理化学 化学 催化作用 光电子学 冶金 计算化学 工程类 生物化学
作者
Sreelakshmy Thekkekara,Pragyan Tripathi,Jahnavi M. Sudharma,Palakollu Venkata Sai Anurag,Velaga Srihari,H. K. Poswal,Abhishek Kumar Singh,Manikoth M. Shaijumon
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (30): e2502341-e2502341 被引量:8
标识
DOI:10.1002/smll.202502341
摘要

P2-type sodium layered oxide (Na2/3Ni1/3Mn2/3O2, NNMO) material is considered a potential cathode candidate for sodium-ion batteries (SIBs) due to their compact crystal structure, and high cationic and anionic redox at high voltage. However, their structural instability and capacity fading, due to P2-O2 phase transitions and lattice oxygen evolution, are significant challenges for their long-term cycling performance. To address these problems, co-doping is recognized as an effective technique. Here, a strategy to address some of the issues with the P2-type Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 material following La/Ti co-doping at the Na and transition metal (TM) site is demonstrated. The modified electrode, LT-NNMO-0.01, exhibits remarkably improved electrochemical performance with high-voltage plateaus in the charging and discharging processes, indicative of a reversible oxygen redox reaction facilitated by enhanced TM─O bonding strength and suppressed oxygen migration. Systematic investigations including electrochemical, in situ X-ray diffraction (XRD) studies and Density functional theory (DFT) calculations demonstrate the effectiveness of this co-doping strategy in improving structural stability and minimizing volume change, allowing for reversible structural evolution of the material. The present study provides an effective pathway for designing layered metal oxide cathode materials toward advancing the energy density of sodium-ion batteries.
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