Promoting Synthesis of Single Crystalline O3‐NaNi 1/3 Fe 1/3 Mn 1/3 O 2 with Cu/Ti Doping for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 阴极 微晶 晶界 电解质 化学工程 晶间腐蚀 金属 氧化物 价(化学) 离子键合 过渡金属 晶粒生长 溶解 离子半径 兴奋剂 水分 掺杂剂 单晶 冶金 结晶学 粒度 结构变化 无机化学 晶体结构 离子电导率 结构稳定性 退火(玻璃)
作者
Chenpeng Xie,Jun Zhou,Caixia Chen,Yixiao Li,Shinichi Kumakura,Vinoth Ganesan,Heqin Huang,Yong Yang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202504771
摘要

Abstract Single crystalline layered oxide material is key to suppress some drawbacks of polycrystalline counterparts such as grain cracking, electrolyte oxidation, and moisture‐stability in the large‐scale application of Na‐ion batteries. In this work, A well‐dispersed single crystalline O3‐NaNi 1/3 Fe 1/3 Mn 1/3 O 2 (NFM111) is synthesized through co‐doping of copper and titanium. It is disclosed that copper undergoes a valence transition from II to I at high‐temperature and migrates first due to weaker Cu─O bond energy, creating transition metal vacancies and accelerating ionic migration throughout the particle grain, thus leading to the formation of single‐crystal Na[Ni 1/3 Fe 1/3 Mn 1/3 ] 0.9 Cu 0.05 Ti 0.05 O 2 (NFMCT) cathode material. Due to the smaller specific surface area and absence of grain boundary in single crystalline materials, the side reactions between the cathode materials and electrolyte/moisture are limited to the crystalline surface. In addition, the intergranular cracks of active materials caused by anisotropic volume expansion are significantly suppressed. Therefore, the cycling stability and moisture stability of O3‐NFMCT are significantly improved. After 300 cycles at 0.5C, the capacity retention is 81.9% (1C═150 mA g −1 ), and after storage at 96% relative humidity for 72 h, O3‐NFMCT still maintains 86.3% of its initial capacity.
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