Detailed Structural and Electrochemical Comparison between High Potential Layered P2-NaMnNi and Doped P2-NaMnNiMg Oxides

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作者
Cornelius Gauckler,Manuel Dillenz,Fabio Maroni,Lukas Fridolin Pfeiffer,Johannes Biskupek,Mohsen Sotoudeh,Qiang Fu,Ute Kaiser,Sonia Dsoke,Holger Euchner,Peter Axmann,Margret Wohlfahrt‐Mehrens,Axel Groß,Mario Marinaro
出处
期刊:ACS applied energy materials [American Chemical Society]
卷期号:5 (11): 13735-13750 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsaem.2c02402
摘要

Rechargeable sodium-ion batteries are viable candidates as next-generation energy storage devices. Nonetheless, the development of high-potential and stable cathode materials is still one among the open tasks. Here, we propose a combined experimental/theoretical approach to shed light on the effect of magnesium doping on the layered P2-Na0.67Mn0.75Ni0.25O2 cathode material. The P2-Na0.67Mn0.75Ni0.25O2 baseline material and doped P2-Na0.67Mn0.75Ni0.20Mg0.05O2, synthesized via coprecipitation route followed by thermal treatment, have been physically and chemically characterized via X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM), as well as electrochemically via galvanostatic cycling and galvanostatic intermittent titration technique (GITT). The Mg-doped material showed stabilization of the high potential plateau and improved cycle life. The analysis of the phase transition with synchrotron operando XRD (SXRD) shows multiple possible intermediate phases ("Z-phase") rather than a pure OP4-like structure. Based on our experimental data and periodic density functional theory (DFT) calculations, the stability of the O2, P2, and OP4 phases for the pristine and Mg-doped systems was investigated to elucidate the origin of the "Z"-phase formation in the Mg-doped material.

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