Ultrahigh rate and durable sodium-ion storage at a wide potential window via lanthanide doping and perovskite surface decoration on layered manganese oxides

材料科学 兴奋剂 钙钛矿(结构) 化学工程 离子 纳米技术 光电子学 化学 工程类 有机化学 冶金
作者
Fang Xia,Da Tie,Jing Wang,Haili Song,Wen Wen,Xiang‐Xi Ye,Jinsong Wu,Yanglong Hou,Xionggang Lu,Yufeng Zhao
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:42: 209-218 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2021.07.020
摘要

P2-type layered manganese oxides are recognized as one of the most compelling cathode candidates for sodium-ion batteries, but these materials suffer from the intrinsic structural Jahn-Teller distortion and oxygen loss, which causes limited rate capability and long-cycle fading under a wide potential window. Here we demonstrate a new approach to realize a simultaneous enhancement on both rate performance and long-term duration over a wide potential window through dilute La lattice doping and perovskite surface modification. We reveal for the first time through both DFT calculations and experimental results, that the La-doping and perovskite LCM surface decoration can efficiently suppress oxygen loss by providing O 2p holes and oxygen vacancies, and meanwhile enhance the electronic and ionic conductivity. The as achieved LNCM/LCM (LaNa0.06Co0.06Mn0.88O3/ Na0.56Co0.17Mn0.8La0.03O2) demonstrates a record high rate performance of 20C (1C=180 mA g−1) and outstanding cycling performance of 300 cycles (70% capacity retention) at a wide potential range (1.5-4.4V), which outperform the state-of-the-art Mn-based layered oxides. We confirm the reversible solid solution reaction during the charge/discharge process using the operando synchrotron XRD analysis. This work demonstrates an applicable approach to realize significant improvement on both rate capability and cycle stability without sacrificing the potential window.
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