Manganese based layered oxides with modulated electronic and thermodynamic properties for sodium ion batteries

材料科学 阴极 兴奋剂 雅恩-泰勒效应 相(物质) 旋节分解 八面体 化学物理 离子 无机化学 化学 物理化学 光电子学 冶金 有机化学
作者
Kai Zhang,Duho Kim,Zhe Hu,Mihui Park,Gahee Noh,Yujeong Yang,Jing Zhang,Vincent Wing‐hei Lau,Shulei Chou,Maenghyo Cho,Si‐Young Choi,Yong‐Mook Kang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:10 (1) 被引量:271
标识
DOI:10.1038/s41467-018-07646-4
摘要

Manganese based layered oxides have received increasing attention as cathode materials for sodium ion batteries due to their high theoretical capacities and good sodium ion conductivities. However, the Jahn-Teller distortion arising from the manganese (III) centers destabilizes the host structure and deteriorates the cycling life. Herein, we report that zinc-doped Na0.833[Li0.25Mn0.75]O2 can not only suppress the Jahn-Teller effect but also reduce the inherent phase separations. The reduction of manganese (III) amount in the zinc-doped sample, as predicted by first-principles calculations, has been confirmed by its high binding energies and the reduced octahedral structural variations. In the viewpoint of thermodynamics, the zinc-doped sample has lower formation energy, more stable ground states, and fewer spinodal decomposition regions than those of the undoped sample, all of which make it charge or discharge without any phase transition. Hence, the zinc-doped sample shows superior cycling performance, demonstrating that zinc doping is an effective strategy for developing high-performance layered cathode materials.
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