Annealing in Argon Universally Upgrades the Na‐Storage Performance of Mn‐Based Layered Oxide Cathodes by Creating Bulk Oxygen Vacancies

阴极 退火(玻璃) 氧化物 氧化还原 氧气 氧化锰 价(化学) 材料科学 化学工程 纳米技术 化学 冶金 物理化学 有机化学 工程类
作者
Junteng Jin,Yongchang Liu,Xudong Zhao,Hui Liu,Shiqing Deng,Qiuyu Shen,Ying Hou,He Qi,Xianran Xing,Lifang Jiao,Jun Chen
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (15): e202219230-e202219230 被引量:113
标识
DOI:10.1002/anie.202219230
摘要

Manganese-rich layered oxide cathodes of sodium-ion batteries (SIBs) are extremely promising for large-scale energy storage owing to their high capacities and cost effectiveness, while the Jahn-Teller (J-T) distortion and low operating potential of Mn redox largely hinder their practical applications. Herein, we reveal that annealing in argon rather than conventional air is a universal strategy to comprehensively upgrade the Na-storage performance of Mn-based oxide cathodes. Bulk oxygen vacancies are introduced via this method, leading to reduced Mn valence, lowered Mn 3d-orbital energy level, and formation of the new-concept Mn domains. As a result, the energy density of the model P2-Na0.75 Mg0.25 Mn0.75 O2 cathode increases by ≈50 % benefiting from the improved specific capacity and operating potential of Mn redox. The Mn domains can disrupt the cooperative J-T distortion, greatly promoting the cycling stability. This exciting finding opens a new avenue towards high-performance Mn-based oxide cathodes for SIBs.
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