Negative Lattice Expansion in an O3‐Type Transition‐Metal Oxide Cathode for Highly Stable Sodium‐Ion Batteries

阴极 八面体 材料科学 氧化物 格子(音乐) 过渡金属 离子 相变 金属 凝聚态物理 化学物理 结晶学 化学 冶金 晶体结构 物理化学 生物化学 物理 有机化学 声学 催化作用
作者
Tong Zhang,Meng Ren,Yaohui Huang,Fei Li,Weibo Hua,Sylvio Indris,Fujun Li
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (8): e202316949-e202316949 被引量:117
标识
DOI:10.1002/anie.202316949
摘要

Abstract The sodium extraction/insertion in layered transition‐metal oxide (TMO) cathode materials are typically accompanied by slab sliding and lattice changes, leading to microstructure destruction and capacity decay. Herein, negative lattice expansion is observed in an O3 type Ni‐based layered cathode of Na 0.9 Ni 0.32 Zn 0.08 Fe 0.1 Mn 0.3 Ti 0.2 O 2 upon Na + extraction. It is attributed to the weak Zn 2+ −O 2− orbital hybridization and increased electron density of the surrounding oxygen for reinforced interlayer O−O repulsive force. This enables gliding of TMO slabs for the intergrowth phase transition of P3→OP2 to alleviate lattice strain with moderate lattice shrinkage, which exhibits general interslab spacings and volume changes as low as 2.4 % and 1.9 %, respectively. The strong Ti−O bonds accommodate the internal distortion of TMO 6 octahedra due to the flexibility of TiO 6 octahedra during cycling. These endow a high specific capacity of 144.9 mAh g −1 and excellent cycling performance of pouch‐type sodium‐ion batteries with 93 % capacity retention after 3600 cycles.
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