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NASICON-Type NaTi2(PO4)3 Surface Modified O3-Type NaNi0.3Fe0.2Mn0.5O2 for High-Performance Cathode Material for Sodium-Ion Batteries

材料科学 涂层 电化学 阴极 电解质 快离子导体 化学工程 电极 图层(电子) 容量损失 分析化学(期刊) 纳米技术 化学 色谱法 物理化学 工程类
作者
Shuangwu Xu,Hongxia Chen,Xinyu Zhang,Mengcheng Zhou,Hongming Zhou
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (40): 47764-47778 被引量:25
标识
DOI:10.1021/acsami.3c09876
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) have shown great potential as energy storage devices due to their low price and abundant sodium content. Among them, O3-type layered oxides are a promising cathode material for sodium-ion batteries; however, most of them suffer from slow kinetics and unfavorable structural stability, which seriously hinder their practical application. O3-NaNi0.3Fe0.2Mn0.5O2 surface modification is performed by a simple wet chemical method of coating NaTi2(PO4)3 on the surface. The NASICON-type NaTi2(PO4)3 coating layer has a special three-dimensional channel, which facilitates the rapid migration of Na+, and the NaTi2(PO4)3 coating layer also prevents direct contact between the electrode and the electrolyte, ensuring the stability of the interface. In addition, the NaTi2(PO4)3 coating layer induces part of the Ti4+ doping into the transition metal layer of NaNi0.3Fe0.2Mn0.5O2, which increases the stability of the transition metal layer and reduces the resistance of Na+ diffusion. More importantly, the NaTi2(PO4)3 coating layer can suppress the O3-P3 phase transition and reduce the volume change of the materials throughout the charge/discharge process. Thus, the NaTi2(PO4)3 coating layer can effectively improve the electrochemical performance of the cathode materials. The NFM@NTP3 has a capacity retention of 86% (2.0-4.0 V vs Na+/Na, 300 cycles) and 85% (2.0-4.2 V vs Na+/Na, 100 cycles) at 1C and a discharge capacity of 107 mAh g-1 (2.0-4.0 V vs Na+/Na) and 125 mAh g-1 (2.0-4.2 V vs Na+/Na) at 10C, respectively. Therefore, this surface modification strategy provides a simple and effective way to design and develop high-performance layered oxide cathode materials for sodium-ion batteries.
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