Deconstructing the High Voltage Degradation Mechanisms in Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 with Single Crystals and Advanced Electrolyte

材料科学 电解质 容量损失 化学工程 氧化物 阴极 开裂 反应性(心理学) 复合材料 冶金 电极 物理化学 化学 医学 替代医学 病理 工程类
作者
Joe Darga,Arumugam Manthiram
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (48)
标识
DOI:10.1002/adfm.202408642
摘要

Abstract Sodium layered oxide cathodes can uniquely benefit from the existing lithium‐ion battery industry as sodium‐ion batteries gain traction as a potential low‐cost, drop‐in replacement. However, achieving relevant energy density with a suitable cycle life remains a challenge for sodium layered oxides. At high operating potentials, several competing degradation mechanisms prevent P2‐type Na 2/3 Ni 1/3 Mn 2/3 O 2 (≈550 Wh kg −1 ) from achieving meaningful cycle life—with bulk structural instability and surface reactivity being the primary retractors. Herein, the issue of particle cracking is addressed through detailed synthesis methods of “single‐crystal” materials. By comparison to a polycrystalline baseline, the single‐crystal materials quantify the capacity loss due to isolation of active material caused by intergranular particle cracking. The single crystal materials are then employed in cells with an advanced, “localized saturated electrolyte” (LSE) to demonstrate the magnitude of capacity loss due to electrolyte decomposition at the cathode surface. Mitigation of the surface reactivity through the LSE electrolyte effectively demonstrates the elevated importance of surface reactivity at high voltages despite the onset of egregious particle cracking. This work aims to guide future research into understanding molten‐salt assisted syntheses and advance the debate on surface versus bulk degradation.
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