Pinpointing Chemomechanical Origins of Na Cathode Degradation

化学 降级(电信) 阴极 粒子(生态学) 淡出 容量损失 相(物质) 化学工程 压力(语言学) 自行车 化学物理 氧气 粒径 氧化还原 离子 纳米技术 化学反应 加速老化
作者
Tianxiao Sun,Bin Wu,Shijie Deng,Yüjie Guo,Ji‐Lei Shi,Xing Zhang,Xiaofeng Shi,Guannan Qian,Jian Wang,P. Pianetta,Jigang Zhou,Yu‐Guo Guo,Yijin Liu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (25): 21375-21384
标识
DOI:10.1021/jacs.4c14571
摘要

The performance and longevity of sodium-ion batteries are heavily influenced by cathode degradation, particularly under high-voltage cycling. Despite ongoing research, the interplay between chemical and mechanical processes remains unclear. Here, we investigated the degradation mechanisms of an O3-NaLi1/9Ni2/9Fe2/9Mn4/9O2 (NLNFM) cathode material using synchrotron-based nanoresolution chemical imaging. Oxygen loss at high voltages was identified as the primary trigger, causing unwanted phase transformations, disrupting sodium intercalation, and leading to capacity fade. Fluorine incorporation during cycling also induced stress and particle cracking, accelerating degradation. By analyzing particles of different sizes, we revealed distinct degradation pathways: small particles experience severe side reactions during early cycling due to their high specific surface area, while large particles develop progressive structural damage during extended cycling from intraparticle heterogeneity and stress. These findings highlight the particle-size-dependent nature of cathode degradation and inform strategies such as particle size optimization, doping, micromorphology design, and stress-tolerant structures to mitigate capacity fade in sodium-ion batteries.
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