Inhibiting Oxygen Activity and Phase Transition in Cu‐F Doped Ni‐Mn Layered Oxide Cathodes for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 X射线光电子能谱 电化学 阴极 氧化物 氧化还原 拉曼光谱 兴奋剂 无机化学 纳米技术 化学工程 化学 物理化学 电极 光学 物理 工程类 光电子学 冶金
作者
Xilong Zhang,Fei Xie,Jinbao Han,Xuejie Wang,Tao Liu,Jiaguo Yu,Liuyang Zhang
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202502292
摘要

Abstract Sodium‐ion batteries (SIBs) have emerged as a promising alternative for large‐scale energy storage due to the abundance of sodium resources. Among cathode materials, layered oxides have shown exceptional potential, yet their practical application is hindered by structural instability during electrochemical cycling. In this study, this challenge is addressed by introducing a novel strategy of Cu and F dual doping into the octahedral ligand field of oxygen‐activated P2‐type Na 0.67 Ni 0.33 Mn 0.67 O 2 layered oxides. Through a comprehensive suite of advanced characterization techniques, unprecedented insights into the modulation of oxygen redox activity are uncovered. Ex situ X‐ray photoelectron spectroscopy and Raman spectroscopy reveal enhanced reversibility and stability in chemical bonding, while in situ X‐ray diffraction analysis indicates the suppression of detrimental phase transitions, ensuring a stable and unobstructed Na + diffusion pathway. Density functional theory calculations further elucidate that Cu‐F co‐doping reduces the overlap between Ni t 2 g orbitals and O 2p orbitals, thereby inhibiting oxygen redox activity. Remarkably, the co‐doped material exhibits significantly improved capacity retention and rate performance. This work not only advances the fundamental understanding of octahedral ligand field engineering but also provides a transformative approach to designing high‐performance and stable cathode materials for SIBs, paving the way for their widespread adoption in energy storage systems.
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