Impact of Transition Metal Layer Vacancy on the Structure and Performance of P2 Type Layered Sodium Cathode Material

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作者
Orynbay Zhanadilov,Sourav Baiju,Natalia Voronina,Jun Ho Yu,A‐Yeon Kim,Hun‐Gi Jung,Kyuwook Ihm,Olivier Guillon,Payam Kaghazchi,Seung‐Taek Myung
出处
期刊:Nano-micro Letters [Springer Science+Business Media]
卷期号:16 (1): 239-239 被引量:10
标识
DOI:10.1007/s40820-024-01439-9
摘要

Abstract This study explores the impact of introducing vacancy in the transition metal layer of rationally designed Na 0.6 [Ni 0.3 Ru 0.3 Mn 0.4 ]O 2 (NRM) cathode material. The incorporation of Ru, Ni, and vacancy enhances the structural stability during extensive cycling, increases the operation voltage, and induces a capacity increase while also activating oxygen redox, respectively, in Na 0.7 [Ni 0.2 V Ni0.1 Ru 0.3 Mn 0.4 ]O 2 (V-NRM) compound. Various analytical techniques including transmission electron microscopy, X-ray absorption near edge spectroscopy, operando X-ray diffraction, and operando differential electrochemical mass spectrometry are employed to assess changes in the average oxidation states and structural distortions. The results demonstrate that V-NRM exhibits higher capacity than NRM and maintains a moderate capacity retention of 81% after 100 cycles. Furthermore, the formation of additional lone-pair electrons in the O 2 p orbital enables V-NRM to utilize more capacity from the oxygen redox validated by density functional calculation, leading to a widened dominance of the OP4 phase without releasing O 2 gas. These findings offer valuable insights for the design of advanced high-capacity cathode materials with improved performance and sustainability in sodium-ion batteries.
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