High‐Entropy Layered Oxide Cathode Materials with Moderated Interlayer Spacing and Enhanced Kinetics for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 阴极 氧化物 化学工程 离子 动力学 冶金 物理化学 化学 物理 量子力学 工程类
作者
Zefu Huang,Shijian Wang,Xin Guo,Frederick P. Marlton,Yameng Fan,Wei Kong Pang,Tao Huang,Jun Xiao,Dongfang Li,Hao Liu,Qinfen Gu,Cheng‐Chieh Yang,Chung‐Li Dong,Bing Sun,Guoxiu Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (50): e2410857-e2410857 被引量:49
标识
DOI:10.1002/adma.202410857
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) with low cost and environmentally friendly features have recently attracted significant attention for renewable energy storage. Sodium layer oxides stand out as a type of promising cathode material for SIBs owing to their high capacity, good rate performance, and high compatibility for manufacturing. However, the poor cycling stability of layer oxide cathodes due to structure distortion greatly impacts their practical applications. Herein, a high entropy doped Cu, Fe, and Mn-based layered oxide (HE-CFMO), Na0.95Li0.05Mg0.05Cu0.20Fe0.22Mn0.35Ti0.13O2 for high-performance SIBs, is designed. The HE-CFMO cathode possesses high-entropy transition metal (TM) layers with a homogeneous stress distribution, providing a moderated interlayer spacing to maintain the structure stability and enhance Na+ ion diffusion. In addition, Li doping in TM layers increases the Mn valence state, which effectively suppresses John-Teller effect, thus stabilizing the layered structure during cycling. Furthermore, the use of nontoxic and low-cost raw materials benefits future commercialization and reduces the risk of environmental pollution. As a result, the HE-CFMO cathode exhibits a super cycling performance with a 95% capacity retention after 300 cycles. This work provides a promising strategy to improve the structure stability and reaction kinetics of cathode materials for SIBs.
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