A high rate and stability cathode material for half/full sodium-ion batteries: Nb-substituted NaNi1/3Mn1/3−xFe1/3NbxO2 layered oxides

阴极 材料科学 兴奋剂 氧化物 离子电导率 球磨机 电导率 化学工程 冶金 化学 复合材料 电极 电解质 物理化学 光电子学 工程类
作者
Qiaoqiao Liu,Jinfeng Liu,Zihao Yang,Hongshun Miao,Yan Liu
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:968: 172272-172272 被引量:8
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.172272
摘要

O3 layered oxide cathode materials have infinite development potential in sodium ion batteries (SIBs), but complex phase transitions usually result in poor rate capacity. In this study, NaNi1/3Mn1/3−xFe1/3NbxO2 (NFM-Nb x, x = 0, 0.01, 0.02) precursor were synthesized through ball-milling spray drying method. The structure morphology characterization confirmed that Nb was successfully doped into the material and replaced part of Mn in the transition metal. The chemical valence analysis shows that Nb doping promoted the reduction of Mn4+ to Mn3+, and the increase of Mn3+ improved the ionic conductivity. NFM-Nb 0.01 significantly improved long cycle stability and rate capacity, the capacity of NFM-Nb 0.01 at 1 C and 5 C were 125.4 and 115.5 mAh g−1, respectively, and the corresponding cycle retention rate maintained 83. 81% and 83.12%. NFM-Nb 0.01 has a 25.06% higher capacity retention rate than NFM after 100 cycles at 1 C in the voltage range 2–4.3 V. For full-cell, NFM-Nb 0.01//HC delivered the capacity of 79.4 mAh g−1 at 10 C after 200 cycles and kept 71.16% cycle retention. The results of ex-situ XRD further investigated Nb-substitution enhanced the structure recoverability of cathode materials. The failure analysis result showed that Nb substitution is beneficial to stabilize the layered structure of materials, improve the cycling performance under high voltage.
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