Suppression of Adverse Phase Transition of Layered Oxide Cathode via Local Electronic Structure Regulation for High-Capacity Sodium-Ion Batteries

材料科学 相变 阴极 氧化物 离子 相(物质) 纳米技术 化学工程 光电子学 化学 凝聚态物理 物理化学 冶金 物理 有机化学 工程类
作者
Qi Wang,Guihui Yu,Bi Luo,Weijie Ji,Zihang Liu,Minghuang Li,Yutong Nong,Yi Tian,Xiaowei Wang,Jiafeng Zhang,Chi‐Liang Chen,Chung‐Kai Chang,Zhiyuan Sang,Zaowen Zhao,Ruirui Zhao,Ji Liang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c04847
摘要

Advancing the high-voltage stability of the O3-type layered cathodes for sodium-ion batteries is critical to boost their progress in energy storage applications. However, this type of cathode often suffers from intricate phase transition and structural degradation at high voltages (i.e., >4.0 V vs Na+/Na), resulting in rapid capacity decay. Here, we present a Li/Ti cosubstitution strategy to modify the electronic configuration of oxygen elements in the O3-type layered oxide cathode. This deliberate modulation simultaneously mitigates the phase transitions and counteracts the weakening of the shielding effect resulting from the extraction of sodium ions, thus enhancing the electrostatic bonding within the TM layer and inducing and optimizing the O3–OP2 phase transition occurring in the voltage range of 2.0–4.3 V. Consequently, the cosubstituted NaLi1/9Ni1/3Mn4/9Ti1/9O2 exhibits an astounding capacity of 161.2 mAh g–1 in the voltage range of 2.0–4.3 V at 1C, and stable cycling up to 100 cycles has been achieved. This work shows the impact mechanism of element substitution on interlayer forces and phase transitions, providing a crucial reference for the optimization of O3-type materials.
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