K-doped P2-Na0.67−xKxNi0.33−yMn0.67CuyO2 cathode material with enhanced cycle performance for sodium-ion batteries

兴奋剂 电化学 电极 钠 阴极 离子 扩散 材料科学 过渡金属 分析化学(期刊) 化学工程 化学 光电子学 冶金 物理化学 色谱法 催化作用 热力学 有机化学 生物化学 物理 工程类
作者
Lin Ye,Qiming Liu,Yirui Liu
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:968: 171808-171808 被引量:12
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.171808
摘要

As one of the typical compositions for Ni/Mn-based layered oxides, P2-Na0.67Ni0.33Mn0.67O2 is widely studied due to its high capacity and wide voltage. However, its electrochemical performance requires further improvement for practical application as a cathode material of sodium-ion batteries. In this study, we successfully synthesized a series of K-doped P2-Na0.67−xKxNi0.33−yMn0.67CuyO2 (x = 0, 0.01, 0.06, 0.10, 0 < y < 0.16) cathode materials using a convenient sol-gel method. During the initial discharge, the NKNMC0.06 electrode delivers a high capacity of 120.3 mAh g−1 at 100 mA g−1 when charged and discharged from 1.5 to 4.2 V. And the electrode retains a specific capacity of 101.6 mAh g−1, with a good capacity retention rate of 84.5 % after 100 cycles. The enhanced cycle performance can be attributed to the appropriate amount of K+ ions occupying the Na+ sites and providing support between the transition metal layers, which stabilizes the crystal structure and improves cycle stability of the electrode. Moreover, larger-sized K+ ions expand the Na+ diffusion channel, facilitating Na+ diffusion. Furthermore, the pouch cell of NKNMC0.06 delivers a capacity of 0.28 Ah during the first discharge and maintains a capacity retention rate of 78.2 % after 100 cycles.
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