Intergrowth of Prismatic and Octahedral Layers to Inhibit Fe Migration in Oxide Cathodes for Sodium‐Ion Batteries

八面体 堆积 阴极 材料科学 过渡金属 氧化物 氧化还原 离子 四面体 结晶学 金属 纳米技术 化学 晶体结构 冶金 物理化学 催化作用 有机化学 生物化学
作者
Tong Zhang,Zihao Song,Yuesen Li,Yaohui Huang,Jingyu Su,Weibo Hua,Fujun Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (49): e202509816-e202509816
标识
DOI:10.1002/anie.202509816
摘要

Abstract Fe‐based layered oxides have emerged as promising sustainable cathode materials for sodium‐ion batteries (SIBs) due to their earth abundance. However, the oxidation of Fe 3+ to Fe 4+ is typically accompanied by its migration to Na layers for capacity and voltage decay. Herein, we demonstrated that Fe migration can be suppressed by modulating the prismatic (P) and octahedral (O) intergrowth at deeply charged states in O3‐Na 0.8 Fe 0.4 Ni 0.1 Mn 0.4 M 0.15 O 2 (M = Ca, Mg). The strong bonding of O 2− ─Ca 2+ ─O 2− in Na layers prevents the gliding of transition‐metal (TM) layers and mitigates the P‐ to O‐type stacking transition at ≥ 3.7 V, which alleviates formation of vacant tetrahedra in O‐type stacking structure to restrict Fe migration. At the same time, Mg incorporation in TM layers promotes an upward shift of Fe 3d states toward the Fermi level and facilitates the sluggish redox of Fe 3+ /Fe 4+ . These enable its high specific capacity of 136 mAh g −1 and outstanding cycling stability with capacity retention of 72% after 1000 cycles. This work paves the pathway for design of sustainable cathode materials for SIBs and beyond.
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