Insights into the Improved Chemical Stability against Water of LiF-Incorporated Layered Oxide Cathodes for Sodium-Ion Batteries

阴极 X射线光电子能谱 材料科学 电化学 氧化物 化学工程 化学稳定性 离子 化学 电极 物理化学 工程类 有机化学 冶金
作者
Ya You,Bang‐Sup Song,Karalee Jarvis,Ashfia Huq,Arumugam Manthiram
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:1 (1): 89-95 被引量:41
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.9b00080
摘要

Rechargeable Na-ion batteries are considered to be a promising alternative for grid energy storage applications because of their competitive cost benefits and sustainable resource supply. O3-type-layered oxide cathodes are regarded as promising candidates for sodium-ion batteries because of the facile synthesis procedure and high energy density. Unfortunately, the practical use of O3-type cathodes is still hindered by their low chemical stability against water/moisture. Here we report that incorporating LiF into the crystal structure of the O3-layered oxide cathodes could significantly improve their chemical stability against water. As revealed by neutron powder diffraction, nanobeam diffraction, and X-ray photoelectron spectroscopy results, the incorporation of Li+ ions in the tetrahedral sites in the Na layer notably inhibits the Na+/H3O+ exchange process and the strong oxyfluoride bonding stabilizes the crystal structure and inhibits the O loss, further suppressing the phase transitions from O3 to hydrated-O3, hydrated-P2, and rock salt phases and the formation of surface insulating layers. As a result, the LiF-doped sample shows improved electrochemical performance after being exposed to water, in terms of higher capacity retention, faster reaction kinetics, and lower interfacial resistance.
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