Local Electron Spin‐State Modulation at Mn Site for Advanced Sodium‐Ion Batteries with Fast‐Kinetic NaNi0.33Fe0.33Mn0.33O2 Cathode

阴极 材料科学 雅恩-泰勒效应 阳极 离子 化学物理 分析化学(期刊) 电极 物理化学 化学 色谱法 有机化学
作者
Jun Yao,Xianshu Wang,Peng Hu,Jiahong Fan,Xiaoping Yang,Weihong Jiang,Siwei Jiang,Peng Dong,Yingjie Zhang,Jianguo Duan,Zhongren Zhou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
被引量:54
标识
DOI:10.1002/adfm.202419967
摘要

Abstract O3‐type cathode material with high theoretical capacity possesses significant potential for sodium ion batteries (SIBs). However, the irreversible phase transition, structural volume change and poor Na + transmission efficiency, caused by Jahn–Teller distortion of Mn 3+ , lead to the inferior cycling lifespan. Herein, the nonequilibrium‐driven local electron spin‐state modulation at Mn site with Sn 4+ substitution is proposed to stabilize the NaNi 0.33 Fe 0.33 Mn 0.33 O 2 cathode. With this, the controlled irreversible phase transition and volume expansion during charge/discharge and fast Na + transportation channel is achieved. Therefore, the modulated NaNi 0.33 Fe 0.33 Mn 0.33 O 2 cathode can contribute to improved capacity of 144.8 mAh g −1 at 0.1 C rate and long‐term cycling over 200 cycles with 80.1% retention by comparison with the counterpart (132.5 mAh g −1 at 0.1 C) and 54.1% retention. Noted that the elevated Na + diffusion kinetics corresponding to high‐rate capability is also demonstrated (93.2 mAh g −1 at 10 C rate). Furthermore, the full battery equipped with hard carbon anode shows an energy density of 381.05 Wh kg −1 and the 76.8% retention after 200 cycles. This work highlights the regulation of electron spin‐state from the insight of modification Jahn–Teller effect would shed a new perception on the design for the advanced layered cathode materials and SIBs.
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