Insights into the Ti4+ doping in P2-type Na0.67Ni0.33Mn0.52Ti0.15O2 for enhanced performance of sodium-ion batteries

材料科学 阴极 兴奋剂 插层(化学) 高分辨率透射电子显微镜 X射线吸收精细结构 空位缺陷 钠离子电池 过渡金属 化学工程 透射电子显微镜 光电子学 纳米技术 无机化学 光谱学 结晶学 电化学 电极 物理化学 化学 法拉第效率 催化作用 工程类 物理 量子力学 生物化学
作者
Tao Shi,Wei Zhou,Dajun Wu,Zhicheng Wang,Bin Qian,Wangsheng Chu,A. Marcelli,Li Song
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier]
卷期号:74: 230-236 被引量:43
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2020.06.055
摘要

Due to the sodium abundance and availability, sodium-ion batteries (SIBs) have the potential to meet the worldwide growing demand of electrical energy storage. P2-type sodium transition-metal layer oxides with a high energy density are considered as the most promising cathode materials for SIBs. We present here a detailed study of the enhanced rate capability and cyclic stability of the Ti-doped Na0.67Ni0.33Mn0.67O2 cathode material. The combined analysis of ex-situ X-ray absorption fine structure (XAFS) spectroscopy, aberration-corrected high resolution transmission electron microscopy (AB-HRTEM) and X-ray diffraction (XRD) show that the strong Ti–O bond in the transition metal layers stabilizes the local structure, destroy the Na+-vacancy ordering and arrest the irreversible multiphase transformation that occurs during the intercalation/deintercalation process. Actually, Na0.67Ni0.33Mn0.52Ti0.15O2 exhibits a reversible capacity of 89.6 mA h g−1 even at 5 C, an excellent cyclability with 88.78 % capacity retention after 200 cycles at 0.5 C. This study provides a better understanding in optimization of the design of high-energy cathode materials based on titanium doped layered oxides for SIBs.
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