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Inducing Na+ Site Rearrangement Through a Cosubstitution Strategy for Rapid Na Diffusion Kinetics of P2-Type Layered Metal Oxides

材料科学 动力学 阴极 空位缺陷 扩散 结构精修 金属 氧化物 相(物质) 离子 化学工程 物理化学 结晶学 晶体结构 热力学 冶金 工程类 物理 有机化学 化学 量子力学
作者
Mingyang Gao,Huijun Li,Zhenxin Zhao,Xiaomin Wang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (12): 14789-14798 被引量:18
标识
DOI:10.1021/acsami.3c18341
摘要

The P2-layered metal oxide cathode materials are crucial for constructing high-rate sodium-ion batteries (SIBs); however, its practical application is hindered by the high Na+ diffusion barrier resulting from Na+/vacancy ordering. Herein, a Li/Zn cosubstitution P2–Na0.67Ni0.33Mn0.67O2 (NLNZM) cathode was synthesized via a sol–gel method assisted with citric acid, which can induce the rearrangement of Na+ sites to disrupt ordered structures. The XRD Rietveld refinement confirms a higher occupancy of Na+ at Nae sites with low diffusion barriers through the Li/Zn cosubstitution. In addition, the highly reversible phase evolution of the NLNZM is confirmed through in situ XRD results, thereby ensuring the stability of the structure with low volume change rate (0.78%). Furthermore, Li and Zn can reduce the surface energy and increase the interlayered distance to achieve rapid interfacial kinetics. As a result, the NLNZM has exhibited a high reversible capacity of 152.8 mAh g–1 and an outstanding rate performance of 103.4 mAh g–1 at 5C. After 200 cycles at 5C, the capacity retention rate is 81.1%. This work proposes a cosubstitution strategy to induce Na+/vacancy disorder for achieving rapid Na+ migration as a cathode material for SIBs.
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