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:64
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
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

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
贺贺完成签到,获得积分10
1秒前
WENc完成签到,获得积分10
1秒前
xkk发布了新的文献求助10
3秒前
4秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
4秒前
XNM完成签到,获得积分10
4秒前
李Li完成签到 ,获得积分10
6秒前
wang完成签到 ,获得积分10
6秒前
xu完成签到 ,获得积分10
6秒前
斯文败类应助花卷采纳,获得10
8秒前
深情安青应助chyen采纳,获得10
10秒前
小二郎应助花花采纳,获得10
11秒前
peikyang完成签到,获得积分10
11秒前
张占完成签到,获得积分0
12秒前
小波完成签到,获得积分10
12秒前
李紫硕完成签到,获得积分10
13秒前
17秒前
冷酷的松思完成签到,获得积分10
17秒前
zora完成签到 ,获得积分10
18秒前
18秒前
18秒前
wu无完成签到,获得积分10
18秒前
TTOM完成签到,获得积分20
19秒前
Jun完成签到 ,获得积分10
19秒前
brodie完成签到,获得积分10
20秒前
十九岁的时差完成签到,获得积分10
22秒前
莓啤汽完成签到 ,获得积分10
22秒前
TTOM发布了新的文献求助10
22秒前
chyen发布了新的文献求助10
23秒前
小黄加油鸭完成签到,获得积分10
23秒前
23秒前
pengnanhao发布了新的文献求助10
24秒前
24秒前
柒月小鱼完成签到 ,获得积分10
25秒前
m李完成签到 ,获得积分10
26秒前
chenwang发布了新的文献求助20
27秒前
大模型应助科研小菜鸡采纳,获得10
29秒前
丘比特应助科研小菜鸡采纳,获得10
29秒前
打打应助科研小菜鸡采纳,获得10
29秒前
浮游应助科研小菜鸡采纳,获得10
29秒前
高分求助中
(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
Zeolites: From Fundamentals to Emerging Applications 1500
Architectural Corrosion and Critical Infrastructure 1000
Early Devonian echinoderms from Victoria (Rhombifera, Blastoidea and Ophiocistioidea) 1000
Hidden Generalizations Phonological Opacity in Optimality Theory 1000
2026国自然单细胞多组学大红书申报宝典 800
Real Analysis Theory of Measure and Integration 3rd Edition 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4910868
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4186466
关于积分的说明 12999953
捐赠科研通 3954069
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2168267
邀请新用户注册赠送积分活动 1186627
关于科研通互助平台的介绍 1093947