Stabilization of P2-type cathode at 4.5 V by “La pillar” in Na layer with a La–O orbital hybridization for long-life and high-energy-density Na-ion batteries

离子 支柱 能量密度 阴极 图层(电子) 材料科学 原子物理学 化学 物理 纳米技术 工程物理 物理化学 结构工程 工程类 有机化学
作者
Yinda Li,Zilong Wang,Yuxuan Wu,Dingan Cai,Jian Xie,Bo Xu,Aijun Zhou,Shuangyu Liu,Xiongwen Xu,Jian Tu,Yunhao Lu
标识
DOI:10.1016/j.nxmate.2024.100133
摘要

P2-type layered oxide cathodes suffer from poor capacity retention and detrimental phase transitions at high voltage due to the presence of Na vacancies. During deep desodiation, irreversible lattice oxygen release increases capacity but also accelerates lattice collapse. In this work, to address the capacity limitations of the P2-type layered oxide cathode and leverage its structural stability, we develop a high-voltage P2-type layered oxide cathode, Na0.84La0.01Li0.12Ni0.22Mn0.66O2 (P2-NLLNMO). The La-doped material exhibits less volume variation (1.8%) and more stable crystal structure over a wide voltage window of 2.0–4.5 V. P2-NLLNMO yields a high capacity of 136.6 mAh g–1 and excellent cycling stability (89.2% retention after 200 cycles at 0.5 C) with a cutoff voltage 4.5 V. In addition, we reveal that La–O orbital hybridization is important for the enhanced performance when La atoms are doped in Na layers of P2-NLLNMO. This discovery provides valuable insights and guidance for the design of P2-type cathodes in high-energy-density sodium-ion batteries.
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