Rational design of cationic ratio tuned high-performance P2/O3 bi-phase layered oxide materials for sodium-ion batteries

阴极 材料科学 阳离子聚合 氧化物 离子 相(物质) 电流密度 相图 化学工程 分析化学(期刊) 化学 高分子化学 物理化学 冶金 物理 工程类 有机化学 量子力学
作者
Yixuan Zhang,Guoqiang Liu,Guoqiang Liu,Changwei Su,Danlei Qiao,Xiaojing Xu,Jiaguan Chen,Guangyin Liu,Guangyin Liu,Qiang Sun,Lei Wen
出处
期刊:Journal of Industrial and Engineering Chemistry [Elsevier BV]
卷期号:136: 532-541 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.jiec.2024.02.044
摘要

Layered oxides are the widely investigated cathodes for sodium-ion batteries (SIBs), especially their pure phases (e.g., P2, O3). In this work, we report a series of Mn-Ni-Fe based cathode materials with P2/O3 bi-phase, which possesses advantages of both P2 and O3 structures. At first, the manuscript shows a synthesis phase diagram of Na0.83MnxNiyFe1-x-yO2 to pre-screen and select the P2/O3 bi-phase material Na0.83Mn1/2Ni1/3Fe1/6O2. Then, it is found that the cationic ratio has a significant impact on the phase formation. The structure of the materials gradually changes with the various of the Mn/Ni ratio. When the Mn/Ni ratio reaches 3/2, P2/O3 bi-phase is formed. Moreover, Fe content will influence the P2/O3 ratio in the bi-phase material. In particular, the synthesized bi-phase Na0.83Mn3/6Ni2/6Fe1/6O2 has a P2/O3 ratio of 71/29 wt%. It delivers a high specific capacity of 136.6 mA h g−1 (at current density 20 mA g−1) between 2.0 and 4.0 V and 94.8% retention (at current density 100 mA g−1) after 100 cycles. In addition, an 85.6 mA h g−1 discharge capacity can be maintained at a superior high current density of 2000 mA g−1. The work offers critical guidance to the rational design of the bi-phase layered cathode materials.
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