Stabilizing Interlayer Repulsion in Layered Sodium‐Ion Oxide Cathodes via Hierarchical Layer Modification

材料科学 阴极 氧化物 价(化学) 氧化还原 电化学 氧气 离子 无机化学 化学工程 电极 化学 物理化学 有机化学 工程类 冶金
作者
Xiangsi Liu,Yuan Chen,Xingyu Zheng,Gangya Cheng,Hui Qian,Bizhu Zheng,Xingyu Lu,Yao Yang,Shengli Zhu,Yuxuan Xiang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adma.202407519
摘要

Abstract Layered sodium‐ion oxides hold considerable promise in achieving high‐performance sodium‐ion batteries. However, the notorious phase transformation during charging, attributed to increased O 2− ─O 2− repulsion, results in substantial performance decay. Here, a hierarchical layer modification strategy is proposed to stabilize interlayer repulsion. During desodiation, migrated Li + from the transition metal layer and anchored Ca 2+ in sodium sites maintain the cationic content within the sodium layer. Meanwhile, partial oxygen substitution by fluorine and the involvement of oxygen in redox reactions increase the average valence of the oxygen layer. This sustained cation presence and elevated anion valence collectively mitigate increasing O 2− ─O 2− repulsion during sodium extraction, enabling the Na 0.61 Ca 0.05 [Li 0.1 Ni 0.23 Mn 0.67 ]O 1.95 F 0.05 (NCLNMOF) cathode to retain a pure P2‐type structure across a wide voltage range. Unexpected insights reveal the interplay between different doping elements: the robust Li─F bonds and Ca 2+ steric effects suppressing Li + loss. The NCLNMOF electrode exhibits 82.5% capacity retention after 1000 cycles and a high‐rate capability of 94 mAh g −1 at 1600 mA g −1 , demonstrating the efficacy of hierarchical layer modification for high‐performance layered oxide cathodes.
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