P3/O3 Integrated Layered Oxide as High‐Power and Long‐Life Cathode toward Na‐Ion Batteries

阴极 材料科学 氧化物 功率(物理) 离子 光电子学 工程物理 纳米技术 电气工程 化学 工程类 冶金 物理 量子力学 有机化学
作者
Siyuan Zhang,Yüjie Guo,Yanan Zhou,Xu‐Dong Zhang,Yubin Niu,En‐Hui Wang,Lin‐Bo Huang,Pengfei An,Jing Zhang,Xinan Yang,Ya‐Xia Yin,Sailong Xu,Yu‐Guo Guo
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (10) 被引量:100
标识
DOI:10.1002/smll.202007236
摘要

Low-cost and stable sodium-layered oxides (such as P2- and O3-phases) are suggested as highly promising cathode materials for Na-ion batteries (NIBs). Biphasic hybridization, mainly involving P2/O3 and P2/P3 biphases, is typically used to boost their electrochemical performances. Herein, a P3/O3 intergrown layered oxide (Na2/3 Ni1/3 Mn1/3 Ti1/3 O2 ) as high-rate and long-life cathode for NIBs via tuning the amounts of Ti substitution in Na2/3 Ni1/3 Mn2/3-x Tix O2 (x = 0, 1/6, 1/3, 2/3) is demonstrated. The X-ray diffraction (XRD) Rietveld refinement and aberration-corrected scanning transmission electron microscopy show the co-existence of P3 and O3 phases, and density functional theory calculation corroborates the appearance of the anomalous O3 phase at the Ti substitution amount of 1/3. The P3/O3 biphasic cathode delivers an unexpected rate capability (≈88.7% of the initial capacity at a high rate of 5 C) and cycling stability (≈68.7% capacity retention after 2000 cycles at 1 C), superior to those of the sing phases P3-Na2/3 Ni1/3 Mn2/3 O2 , P3-Na2/3 Ni1/3 Mn1/2 Ti1/6 O2 , and O3-Na2/3 Ni1/3 Ti2/3 O2 . The highly reversible structural evolution of the P3/O3 integrated cathode observed by ex situ XRD, ex situ X-ray absorption spectra, and the rapid Na+ diffusion kinetics, underpin the enhancement. These results show the important role of P3/O3 biphasic hybridization in designing and engineering layered oxide cathodes for NIBs.
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