Anionic redox reaction in Na-deficient layered oxide cathodes: Role of Sn/Zr substituents and in-depth local structural transformation revealed by solid-state NMR

氧化还原 材料科学 碱金属 氧气 金属 离子 阴极 无机化学 结晶学 过渡金属 氧化物 催化作用 物理化学 化学 有机化学 冶金
作者
Chong Zhao,Chao Li,Qi Yang,Qing Qiu,Wei Tong,Shun Zheng,Jingyuan Ma,Ming Shen,Bingwen Hu
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:39: 60-69 被引量:75
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.04.007
摘要

Anionic redox reaction (ARR) offers a complementary electron reservoir that affords the egress/ingress of additional Na beyond the conventional cation redox reaction. However, oxygen-related ARR in sodium-ion batteries is universally confronted with several roadblocks such as insufficient reversibility and poor understanding on the functioning mechanisms. We herein attempt to improve the reversibility of oxygen-related ARR in a Na-deficient Li/Mn(IV)-based layered oxide cathode by Sn and Zr substitutions. The as-designed P2-Na0.66Li0.22Mn0.775Sn0.005O2 and P2-Na0.66Li0.22Mn0.775Zr0.005O2 demonstrate much enhanced cycle stability and rate capability (72% capacity retention at 10 mA g−1 after 100 cycles and 92 mAh g−1 reversible capacity at 1 A g−1 for the former). The role of Sn/Zr substituents was meticulously studied, manifesting the effective inhibition of the anisotropic O2−α−Mn4+coupling (0 < α < 2) and the irreversible lattice oxygen loss. More impressively, the local structural transformations studied via 23Na/7Li solid-state NMR substantiate that (i) Li-ions migrate from TM (transition metal) layer to AM (alkali metal) layer upon charge, and do not return to the original sites in TM layer upon discharge; (ii) the egress/ingress of Na follows a solid-solution reaction within 4.5–1.5 V, but the local structural transition is not fully reversible; (iii) Li/Mn migrations continue beyond the initial cycle, bringing about irreversible Li/Mn losses and Na-site local disorder upon prolonged cycling. Altogether, this study provides deep insights into the ARR mechanism of Na-deficient layered oxide cathodes and will pave a new avenue to fully address the intrinsic shortcomings of oxygen-related ARR.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
多边形完成签到 ,获得积分10
刚刚
Ava应助Hi采纳,获得10
1秒前
雪满头应助飞羽采纳,获得10
1秒前
丘比特应助LVZHIPENG采纳,获得10
1秒前
white完成签到,获得积分10
4秒前
palomahan完成签到,获得积分10
5秒前
跳跃雨寒完成签到 ,获得积分10
5秒前
精神的精神病完成签到,获得积分10
6秒前
wxiao完成签到,获得积分10
7秒前
可耐的寒松完成签到,获得积分10
8秒前
1122完成签到 ,获得积分10
9秒前
陈可男发布了新的文献求助10
10秒前
Vaibhav完成签到,获得积分10
13秒前
爱美丽完成签到,获得积分10
14秒前
赘婿应助prisfanstein采纳,获得10
14秒前
悦耳亦云完成签到 ,获得积分10
14秒前
大汤圆圆完成签到 ,获得积分10
16秒前
微7完成签到,获得积分10
16秒前
linkezou完成签到,获得积分10
16秒前
七龙珠完成签到,获得积分10
18秒前
不曾留步完成签到,获得积分10
19秒前
36456657完成签到,获得积分0
19秒前
tuzi完成签到,获得积分10
19秒前
读书看报吃饭睡觉完成签到,获得积分10
21秒前
陈思远完成签到 ,获得积分10
21秒前
22秒前
zt完成签到,获得积分10
23秒前
欢喜可愁完成签到 ,获得积分10
24秒前
江十三完成签到,获得积分10
24秒前
丽丽完成签到,获得积分10
24秒前
悦耳梦竹发布了新的文献求助10
25秒前
fiona完成签到,获得积分0
25秒前
曾建完成签到 ,获得积分10
26秒前
slgzhangtao完成签到,获得积分10
26秒前
Copyright应助飞羽采纳,获得10
27秒前
萱1988完成签到,获得积分10
28秒前
啊哈哈哈哈哈完成签到 ,获得积分10
29秒前
29秒前
KK完成签到,获得积分10
30秒前
hhhhhha完成签到,获得积分10
30秒前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition 510
Social Skills Improvement System-Rating Scales--Chinese Version 500
Dynamische Polarisation von H-1 und B-11 in (CH-3)-3NBH-3 500
CLSI M07 2024 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7247843
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8870803
关于积分的说明 18712972
捐赠科研通 6926695
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3198061
关于科研通互助平台的介绍 2373825
邀请新用户注册赠送积分活动 2172920