An Utrastable Mg/Zr Modified P2‐Type Na2/3Ni1/3Mn2/3O2 Cathode Material for High‐Power Sodium‐Ion Batteries

材料科学 阴极 类型(生物学) 分析化学(期刊) 无机化学 冶金 物理化学 生态学 色谱法 生物 化学
作者
Siqi Yuan,Shengqi Ding,Jun Ma,Qinfeng Zheng,Xu Bao,Qian Liu,Guijia Cui,Yixiao Zhang,Lei Yu,Jiawei Wang,Changming Qu,Xiao‐Zhen Liao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202411347
摘要

Abstract P2‐Na 2/3 Ni 1/3 Mn 2/3 O 2 demonstrates high energy density owing to its high specific capacity and high discharge voltage, but suffering from rapid performance decay due to severe structural degradation and aggravated surface side reaction during high‐voltage cycling. Herein, a Mg/Zr modified Na 0.67 Ni 0.25 Mg 0.08 Mn 0.64 Zr 0.03 O 2 cathode is proposed with good structural stability and excellent cycling performance, showing reversible capacity of 123.2 mAh g −1 (0.1 C) and capacity retention of 99.1% after 100 cycles. The cycling stability is outstanding among P2‐type cathodes reported so far. In situ XRD analyses reveal a suppressed P2‐O2 phase transition after Mg modification, further incorporation of Zr greatly stabilizes the layered structure as some Zr ions reside in the Na layer providing a pinning effect to reduce the slide of TMO 2 layer. First‐principles calculations suggest that oxygen loss in Na 0.67 Ni 0.25 Mg 0.08 Mn 0.64 Zr 0.03 O 2 cathode is suppressed as Zr incorporation prevents the formation of oxygen vacancies. XPS analyses verify a Zr─O protective layer self‐segregated on particle surface during material synthesis. The expanded Na + transport channel confirmed by the XRD analysis well explains the favored Na‐ion mobility verified by a high reversible capacity of 105.5 mAh/g at 20 C. This work sheds new light on providing a practical P2‐structured cathode material for high‐power sodium ion batteries.
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