Double sites doping local chemistry Adjustment: A Multiple-Layer oriented P2-Type cathode with Long-life and Water/Air stability for sodium ion batteries

兴奋剂 阴极 离子 化学 扩散 相变 过渡金属 化学工程 化学物理 材料科学 热力学 光电子学 有机化学 物理化学 催化作用 工程类 物理 生物化学
作者
Baixue Ouyang,Tao Chen,Xichang Liu,Jun Zhang,Penggao Liu,Puliang Li,Weifang Liu,Kaiyu Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:458: 141384-141384 被引量:45
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.141384
摘要

P2-type Ni/Mn layered oxides have attracted intensive interest as a kind of promising cathode materials because of their high specific capacities and unique 2D Na+ diffusion path. However, the poor stability and irreversible phase transition at high voltage during charge and discharge process greatly hinders its practical applications. Herein, a novel double site substitution strategy is reported that large-sized K+ is riveted in the prismatic Na+ sites and Cu2+ is occupies in the transition metal sites. The K+ doping lead to the lattice expansion along c-axis, which facilitating sodium ions transport. In addition, the double sites substitution improves the stability of the materials exposed in air and water environments. A combined analysis of first-principles calculation simulation and experimental verification determining that larger interlayer spacing decreases the diffusion barrier of sodium ions. The as-prepared multiple-layer oriented P2-K0.05Na0.67Mn0.6Ni0.3Cu0.1O2 shows excellent rate performance, fast sodium ion transport ability and superior cycling performance with a high-capacity retention of 91.2 % at a high current density of 1 A g−1 after 1800th cycles. Therefore, this work provides a new insight for the design of stable and high-performance cathode materials for sodium ion batteries.
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