Using High-Entropy Configuration Strategy to Design Na-Ion Layered Oxide Cathodes with Superior Electrochemical Performance and Thermal Stability

化学 阴极 氧化物 离子 电化学 热失控 热稳定性 化学物理 热的 溶解 相变 空位缺陷 电极 纳米技术 热力学 结晶学 物理化学 材料科学 电池(电) 功率(物理) 有机化学 物理
作者
Feixiang Ding,Chenglong Zhao,Dongdong Xiao,Xiaohui Rong,Haibo Wang,Yuqi Li,Yang Yang,Yaxiang Lu,Yong‐Sheng Hu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (18): 8286-8295 被引量:120
标识
DOI:10.1021/jacs.2c02353
摘要

Na-ion layered oxide cathodes (NaxTMO2, TM = transition metal ion(s)), as an analogue of lithium layered oxide cathodes (such as LiCoO2, LiNixCoyMn1-x-yO2), have received growing attention with the development of Na-ion batteries. However, due to the larger Na+ radius and stronger Na+-Na+ electrostatic repulsion in NaO2 slabs, some undesired phase transitions are observed in NaxTMO2. Herein, we report a high-entropy configuration strategy for NaxTMO2 cathode materials, in which multicomponent TMO2 slabs with enlarged interlayer spacing help strengthen the whole skeleton structure of layered oxides through mitigating Jahn-Teller distortion, Na+/vacancy ordering, and lattice parameter changes. The strengthened skeleton structure with a modulated particle morphology dramatically improves the Na+ transport kinetics and suppresses intragranular fatigue cracks and TM dissolution, thus leading to highly improved performances. Furthermore, the elaborate high-entropy TMO2 slabs enhance the TM-O bonding energy to restrain oxygen release and thermal runaway, benefiting for the improvement of thermal safety.
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