Exposing {010} Active Facets by Multiple‐Layer Oriented Stacking Nanosheets for High‐Performance Capacitive Sodium‐Ion Oxide Cathode

材料科学 阴极 堆积 电化学 阳极 化学工程 电极 过渡金属 X射线吸收光谱法 电化学动力学 氧化还原 氧化物 吸收光谱法 物理化学 化学 工程类 物理 催化作用 有机化学 冶金 量子力学
作者
Yao Xiao,Pengfei Wang,Ya‐Xia Yin,Yan‐Fang Zhu,Yubin Niu,Xudong Zhang,Jienan Zhang,Xiqian Yu,Xiaodong Guo,Benhe Zhong,Yu‐Guo Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:30 (40): e1803765-e1803765 被引量:195
标识
DOI:10.1002/adma.201803765
摘要

As one of the most promising cathodes for rechargeable sodium-ion batteries (SIBs), O3-type layered transition metal oxides commonly suffer from inevitably complicated phase transitions and sluggish kinetics. Here, a Na[Li0.05 Ni0.3 Mn0.5 Cu0.1 Mg0.05 ]O2 cathode material with the exposed {010} active facets by multiple-layer oriented stacking nanosheets is presented. Owing to reasonable geometrical structure design and chemical substitution, the electrode delivers outstanding rate performance (71.8 mAh g-1 and 16.9 kW kg-1 at 50C), remarkable cycling stability (91.9% capacity retention after 600 cycles at 5C), and excellent compatibility with hard carbon anode. Based on the combined analyses of cyclic voltammograms, ex situ X-ray absorption spectroscopy, and operando X-ray diffraction, the reaction mechanisms behind the superior electrochemical performance are clearly articulated. Surprisingly, Ni2+ /Ni3+ and Cu2+ /Cu3+ redox couples are simultaneously involved in the charge compensation with a highly reversible O3-P3 phase transition during charge/discharge process and the Na+ storage is governed by a capacitive mechanism via quantitative kinetics analysis. This optimal bifunctional regulation strategy may offer new insights into the rational design of high-performance cathode materials for SIBs.
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