Ti-Substituted O3-NaNi0.5Mn0.3Ti0.2O2 Material with a Disordered Transition Metal Layer and a Stable Structure

材料科学 过渡金属 图层(电子) 化学工程 无机化学 纳米技术 催化作用 生物化学 工程类 化学
作者
Hao Yi,Zhen Li,Xudong Li,Peng Gao,Yongming Zhu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (33): 43636-43646 被引量:8
标识
DOI:10.1021/acsami.4c08777
摘要

O3-type NaNi0.5Mn0.5O2 (NNM) is very competitive for sodium-ion batteries (SIBs) due to its high capacity and easy production. Nevertheless, the intricate phase transitions during the charging-discharging significantly impede its practical application. This paper proposes a strategy for successfully synthesizing NaNi0.5Mn0.3Ti0.2O2 (NNMT) by combining coprecipitation and a high-temperature solid-state method. This method introduces Ti elements while retaining the electrochemically active Ni2+ content, thus, the NNMT has a high initial specific capacity of 151.4 mAh g-1 at 1 C. It is demonstrated that introducing Ti4+ leads to the transition metal layers becoming disordered by ex situ XRD, thus mitigating the irreversible phase transition of the material. In addition, Ti4+ does not have an outer electron, which can reduce electron delocalization in the transition metal layer and improve the material's cyclic stability. The NNMT possesses a capacity retention rate of 60.66% after 150 cycles, much higher than the initial NNM's 18.96%. It also exhibits an excellent discharge capacity of 86.8 mAh g-1 at 5 C. In conclusion, the cycling and rate performance of the Ti-substituted NNMT are greatly improved without capacity loss, which offers innovative concepts for the modification means of the SIBs layered oxide cathode materials.
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