Multi‐Level Modifications Enabling Chemomechanically Stable Ni‐Rich O3‐Layered Cathode toward Wide‐Temperature‐Tolerance Quasi‐Solid‐State Na‐Ion Batteries

材料科学 阴极 离子 表面改性 钠离子电池 结构稳定性 兴奋剂 涂层 化学工程 离子键合 电化学 动力学 纳米技术 化学物理 光电子学 物理化学 电极 有机化学 法拉第效率 工程类 化学 物理 结构工程 量子力学
作者
Xiaoying Li,Longwei Liang,Maoshui Su,Lixian Wang,Yamin Zhang,Jinfeng Sun,Yang Liu,Linrui Hou,Changzhou Yuan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:13 (9) 被引量:55
标识
DOI:10.1002/aenm.202203701
摘要

Abstract The O3‐type Ni‐rich NaNi x Co y Mn 1− x − y O 2 ( x ≥ 0.6) oxides are regarded as one of the most promising cathodes for high‐capacity Na‐ion batteries (NIBs), however, they still suffer from severe structural/morphological degradation induced by complicated phase transitions, as well as sluggish de‐/sodiation kinetics. For this, a multi‐level structural/compositional modification strategy, including “core–shell” design, bulk heteroatom doping, and surface coating, is purposefully explored to construct an advanced NaNi 0.6 Co 0.2 Mn 0.2 O 2 cathode (denoted as T‐CSN6@A). The Ni‐rich core guarantees the high capacity, and the Mn‐rich surface region coupled with bulk Ti doping and surface Al 2 O 3 coating reinforces the structural stability. This well‐designed architecture not only effectively inhibits the bulk and sur‐/interface structural fractures caused by repeated lattice volume variations upon cycling, but also dramatically boosts the de‐/sodiated kinetics, thus resulting in high chemomechanical stability and improved electronic/ionic transport for efficient sodium storage. When utilized as a competitive cathode, the T‐CSN6@A‐based quasi‐solid‐state NIBs are endowed with remarkable wide‐temperature‐tolerance Na‐storage behaviors within practicable working temperatures from −20 to 50 °C, along with an attractive material‐level energy density of ≈255 Wh Kg −1 at 25 °C. The feasible modification here provides a new avenue for advanced O3‐type Ni‐rich cathodes toward large‐scale industrialization of next‐generation NIBs.
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