Origin of Aging of a P2-NaxMn3/4Ni1/4O2 Cathode Active Material for Sodium-Ion Batteries

阴极 材料科学 高分辨率透射电子显微镜 电化学 极化(电化学) 扫描电子显微镜 扫描透射电子显微镜 电子能量损失谱 透射电子显微镜 分析化学(期刊) 纳米技术 电极 复合材料 化学 色谱法 物理化学
作者
Lukas Pfeiffer,Yueliang Li,Manuel Mundszinger,Jan Geisler,Claudia Pfeifer,Daria Mikhailova,Ahmad Omar,Volodymyr Baran,Johannes Biskupek,Ute Kaiser,Philipp Adelhelm,Margret Wohlfahrt‐Mehrens,Stefano Passerini,Peter Axmann
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:35 (19): 8065-8080 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.3c01499
摘要

Sodium-ion batteries (SIB) are currently being developed and commercialized as a promising new technology for cost-effective and powerful electrical energy storage. In this study, we investigate the origin of capacity fading in P2-type layered sodium cathode materials for SIBs using a micron-sized single-crystalline P2-NaxMn3/4Ni1/4O2 model cathode active material. Using various electrochemical techniques, we identify the following aging effects upon cycling: (i) a state of charge (SOC)-independent increase in polarization, (ii) a SOC-dependent increase in polarization at high voltage, and (iii) a loss of active material due to electronic disconnection after prolonged cycling. With high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and energy-dispersive X-ray (EDX) spectroscopy, we identify surface densification, resulting in 5–10 nm thick surface layers on cycled cathode active materials as the origin for SOC-independent increase of polarization. The corresponding oxygen loss is in accordance with gas evolution in differential electrochemical mass spectrometry (DEMS) measurements. Furthermore, with scanning electron microscopy (SEM) electrode cross sections, we identify (partly) reversible cracking at a high SOC as the cause for increased polarization depending on SOC. Operando X-ray diffraction (XRD) identifies significant anisotropic volume change, which suggests mechanical stress as the cause for cracking at a high SOC and loss of active material after prolonged cycling. We believe that the herein provided understanding on the aging of this highly attractive class of cathode active materials for SIBs will enable the development of future powerful and stable layered oxide cathode materials for SIBs.

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
Ehgnix发布了新的文献求助10
刚刚
传奇3应助Rui豆豆采纳,获得10
1秒前
乐乐应助研友_Lk9MdZ采纳,获得10
1秒前
嘿嘿发布了新的文献求助10
2秒前
高兴天空完成签到 ,获得积分10
2秒前
完美世界应助熊猫盖浇饭采纳,获得10
3秒前
Oooner完成签到,获得积分10
3秒前
ccepted1122完成签到,获得积分10
3秒前
ll发布了新的文献求助10
4秒前
思源应助guan采纳,获得10
5秒前
纯真寻冬发布了新的文献求助10
5秒前
YuQi完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
7秒前
9秒前
jyy发布了新的文献求助10
11秒前
12秒前
子车茗应助Flash采纳,获得20
12秒前
娅娅发布了新的文献求助10
13秒前
NexusExplorer应助fxtl采纳,获得10
13秒前
13秒前
四季安完成签到 ,获得积分10
13秒前
A市保安大队长完成签到,获得积分10
16秒前
丘比特应助积极的超短裙采纳,获得10
17秒前
小明发布了新的文献求助50
17秒前
灰二发布了新的文献求助10
18秒前
20秒前
大壮完成签到 ,获得积分10
20秒前
爆米花应助zxj采纳,获得10
21秒前
22秒前
22秒前
补位完成签到,获得积分10
22秒前
22秒前
青草木发布了新的文献求助10
23秒前
研友_Lk9MdZ发布了新的文献求助10
23秒前
安静曼云完成签到,获得积分10
24秒前
吕万鹏完成签到,获得积分10
24秒前
25秒前
凹凸曼发布了新的文献求助10
25秒前
小二发布了新的文献求助10
26秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Kinesiophobia : a new view of chronic pain behavior 2000
The Social Psychology of Citizenship 1000
Streptostylie bei Dinosauriern nebst Bemerkungen über die 540
Signals, Systems, and Signal Processing 510
Discrete-Time Signals and Systems 510
Brittle Fracture in Welded Ships 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5919867
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 6896109
关于积分的说明 15811771
捐赠科研通 5046549
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2715834
邀请新用户注册赠送积分活动 1668975
关于科研通互助平台的介绍 1606443