Fast Oxygen Redox Kinetics Induced by CoO6 Octahedron With π‐Interaction in P2‐Type Sodium Oxides

材料科学 八面体 电化学 阴极 氧化还原 动力学 氧气 离子 氧化物 磁滞 电化学动力学 电极 冶金 物理化学 化学 有机化学 凝聚态物理 物理 量子力学
作者
Xinyin Cai,Nan Wang,Lixun Liang,Xun‐Lu Li,Rui Zhang,Lu Ma,Enyuan Hu,Shuiyun Shen,Zulipiya Shadike,Junliang Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (51)
标识
DOI:10.1002/adfm.202409732
摘要

Abstract Enhancing the kinetics of lattice oxygen redox (LOR) in P2‐type layered sodium oxide cathodes is crucial for the advancement of sodium‐ion batteries (SIBs) with superior energy and power densities. Electronic structure regulation stands out as a highly effective approach to address the inherent limitations of P2‐type layered oxides with LOR, including sluggish kinetics, phase transitions, voltage hysteresis, and local structural distortion. Herein, a strategy involving the introduction of CoO 6 octahedra with π ‐interaction into Na 0.6 Li 0.1 Fe 0.3− x Co x Mn 0.6 O 2 ( x = 0, 0.15, 0.3) cathodes to facilitate Na‐ion transport is proposed. Furthermore, the impact of FeO 6 octahedra with σ ‐interaction in P2‐type cathodes on electrochemical performance is comprehensively investigated. Through multimodal in‐situ and ex‐situ characterization techniques, it is revealed that Co─O with π ‐interaction effectively mitigates P2‐OP4 phase transitions by strengthening Na─O, reduces voltage hysteresis, and stabilizes the local structure. Consequently, Na 0.6 Li 0.1 Co 0.3 Mn 0.6 O 2 demonstrates enhanced Na‐ion diffusion kinetics, leading to improved rate performance and a reversible capacity of 55 mAh g −1 at 10 C, significantly outperforming cathodes with Fe─O σ ‐interaction. Moreover, when coupled with hard carbon, the full cell achieves a remarkable energy density of 395 Wh kg −1 (on cathode) at 0.1 C, with a capacity retention of 75% over 100 cycles at 1 C.
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