Structural Aspects of P2‐Type Na0.67Mn0.6Ni0.2Li0.2O2 (MNL) Stabilization by Lithium Defects as a Cathode Material for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 氧化物 电化学 密度泛函理论 离子 晶体结构 过渡金属 固溶体 结晶学 电极 分析化学(期刊) 物理化学 化学 计算化学 冶金 催化作用 生物化学 有机化学 色谱法
作者
Liangtao Yang,Liang‐Yin Kuo,Juan Miguel López del Amo,Prasant Kumar Nayak,Katherine A. Mazzio,Sebastian Maletti,Daria Mikhailova,Lars Giebeler,Payam Kaghazchi,Teófilo Rojo,Philipp Adelhelm
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (38) 被引量:55
标识
DOI:10.1002/adfm.202102939
摘要

Abstract A known strategy for improving the properties of layered oxide electrodes in sodium‐ion batteries is the partial substitution of transition metals by Li. Herein, the role of Li as a defect and its impact on sodium storage in P2‐Na 0.67 Mn 0.6 Ni 0.2 Li 0.2 O 2 is discussed. In tandem with electrochemical studies, the electronic and atomic structure are studied using solid‐state NMR, operando XRD, and density functional theory (DFT). For the as‐synthesized material, Li is located in comparable amounts within the sodium and the transition metal oxide (TMO) layers. Desodiation leads to a redistribution of Li ions within the crystal lattice. During charging, Li ions from the Na layer first migrate to the TMO layer before reversing their course at low Na contents. There is little change in the lattice parameters during charging/discharging, indicating stabilization of the P2 structure. This leads to a solid‐solution type storage mechanism (sloping voltage profile) and hence excellent cycle life with a capacity of 110 mAh g ‐1 after 100 cycles. In contrast, the Li‐free compositions Na 0.67 Mn 0.6 Ni 0.4 O 2 and Na 0.67 Mn 0.8 Ni 0.2 O 2 show phase transitions and a stair‐case voltage profile. The capacity is found to originate from mainly Ni 3+ /Ni 4+ and O 2‐ /O 2‐δ redox processes by DFT, although a small contribution from Mn 4+ /Mn 5+ to the capacity cannot be excluded.
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