Using Highly Electronegative Zn to Regulate the Superlattice Structure for the Na-Ion Layered Oxide Cathode with Superior Electrochemical Performance

超晶格 材料科学 氧化物 阴极 电化学 溶解 离子 结构稳定性 化学工程 电极 光电子学 冶金 物理化学 化学 有机化学 结构工程 工程类
作者
De Fang,Jiameng Feng,Jie Li,Jianling Li
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:15 (48): 55633-55643 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acsami.3c10991
摘要

The introduction of a superlattice structure into layered oxide cathode materials is a novel strategy to improve the structural stability of sodium-ion batteries (SIBs). However, the superlattice structure gradually disappears during cycling, which shortens the long life of SIBs. Here, the highly electronegative Zn is introduced into a P2-type layered oxide to regulate the superlattice structure. The obtained P2-Na0.80Li0.13Ni0.20Zn0.03Mn0.64O2 exhibits excellent cycling performance (the capacity retention is 96.7% after 100 cycles at 0.5C) and rate capability (95.8 mAh g-1 at 5C). Zn effectively inhibits the Li migration and the Mn dissolution, which ensures the integrity of the Li/Mn superlattice structure during long cycling, thus achieving an ultralong cycling life of SIBs. The introduction of Zn dramatically increases the length of the c-axis, leading to a faster de-embedding rate of Na+ and a better diffusion kinetics. Meanwhile, the larger pristine volume can withstand more stress/strain due to the sharp increase in the level of O-O repulsion during the desodiation process. In addition, Raman test results show that Zn can inhibit the Na+/vacancy ordering transition and improve the structural stability. This study confirms the feasibility of a Zn-regulated superlattice structure. It provides inspiration for the construction of stable layered oxide cathode materials for SIBs.
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