High-Voltage Sodium Layered Cathode Stabilized by Bulk Complex-Composition Doping to Surface Phosphate Coating Design

材料科学 阴极 涂层 兴奋剂 磷酸盐 化学工程 作文(语言) 表面改性 复合材料 光电子学 冶金 有机化学 电气工程 语言学 化学 哲学 工程类
作者
Mubao Gu,Shiqi Chen,Junling Xu,Xiaoyan Shi,Lianyi Shao,Zhipeng Sun
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsami.4c21797
摘要

Layered oxides are considered promising cathode materials for sodium-ion batteries (SIBs) due to their high energy density, flexible compositions, and low cost. However, they encounter significant challenges, such as multiphase transitions and structural instability at high voltages, which limit their large-scale practical application. In this study, we employed a dual modification strategy involving complex composition doping and phosphate coating to fabricate the Na0.67Ni0.255Mn0.645(TiMgCuZn)0.1O2@phosphate cathode (D-NNM). The lattice distortion induced by complex composition doping optimizes the overall properties of the cathode, while the phosphate coating forms a robust electrode interface through stable P-O bonds. This comprehensive modification strategy stabilizes phase transitions and interfacial structure, thereby enhancing Na+ transport and mitigating mechanical degradation and surface reactions at high voltages. Consequently, D-NNM exhibited an initial capacity of 136.9 mA·h·g-1 with an average potential of 3.45 V and maintained 85% capacity after 60 cycles at 4.4 V, twice that of the pristine cathode. D-NNM demonstrated faster Na+ diffusion kinetics at high voltage without any significant particle cracks observed even after 50 cycles. This strategy offers comprehensive protection for layered oxides from bulk to surface and provides insights into the design of high energy density cathodes for SIBs.
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