Boosting the Structural Reversibility of Layered Oxide Cathode for Realizing Long‐Term Cycle Life Through Electronic Structure Regulation

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作者
Zhang Guo-hua,Yuheng Gao,Yuxin Fan,Yuheng Gao,Jian Wu,Jiwei Ma,Renyuan Zhang,Yunhui Huang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:20 (51): e2407615-e2407615 被引量:6
标识
DOI:10.1002/smll.202407615
摘要

O3-type layered oxide cathode exhibits great application potential for practical sodium-ion batteries, due to its cost-effectiveness, abundant sodium and manganese resources, and high theoretical capacity. However, the irreversible phase transition, coupled with rapid capacity decay, which is primarily attributed to the Jahn-Teller effect of Mn3+, remains a significant bottleneck for commercial application. Additionally, the sluggish kinetics during the (de)sodiation process require urgent improvement. Herein, an electronic structure regulation strategy is proposed by low-valence Li/Cu co-substitution to address these issues. The roles of Li/Cu on the electronic structure, structural evolution, and electrochemical properties in the Na0.96Ni0.22Fe0.2Mn0.5Li0.04Cu0.04O2 (NFMLC) cathode are comprehensively explored through systematic in situ/ex situ characterization techniques and theoretical calculations. The results reveal that this strategy effectively activates more Ni2+/3+ and Fe3+/4+ redox reactions above 2.5 V, while suppressing Mn3+/4+ redox activity below 2.5 V, thereby achieving highly structural reversibility. Therefore, the NFMLC electrode displays excellent long-term cycling stability (81.5% capacity retention after 2000 cycles at 5 C), and significantly enhanced rate performance (from 45.5% to 80.4% under a ratio of 5 C to 0.5 C). This work provides a valuable perspective on the design of low-cost, long-life, and high-performance layered oxide cathodes for practical sodium-ion batteries.
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