Construction of Co/Ni-Free P2-layered metal oxide cathode with high reversible oxygen redox for sodium ion batteries

氧化还原 电化学 阴极 氧化物 氧气 无机化学 金属 离域电子 离子 拉曼光谱 密度泛函理论 化学 电极 计算化学 有机化学 物理化学 物理 光学
作者
Baixue Ouyang,Tao Chen,Xinxin Chen,Xiaowen Fan,Jue Wang,Weifang Liu,Zhouguang Lu,Kaiyu Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:452: 138912-138912 被引量:47
标识
DOI:10.1016/j.cej.2022.138912
摘要

To improve the energy and power density of P2-type layered cathode materials in sodium ion batteries, triggering oxygen-related activity is a promising strategy, which has attracted an amount of attention. However, stimulating lattice oxygen activity may inevitably yield adverse effects, such as detrimental structure distortion and irreversible voltage decay. Herein, a low-cost Co/Ni free layered P2-type Na0.67Mn0.6Cu0.3Mg0.1O2 cathode is designed to construct reversible anion reduction. Na0.67Mn0.6Cu0.3Mg0.1O2 exhibits an obvious anion reduction electrochemical behavior, confirming that oxygen occurred redox reactions and participated in the capacity compensation process. The density functional theory calculation proves that the presence of the covalency between Cu and O and the lager electron delocalization areas increase the anions redox activity. Furthermore, this compound provides an excellent cyclic stability and high capacity retention of 86 % at 0.2C rate after 100 cycles. In-situ Raman and ex-situ X-ray diffraction absorption spectroscopy reveal the reversible structure evolution and robust P2-type structure. The interaction between Cu and Mg plays a positive role in building the reversible anion reduction in terms of constructing electronic structure and regulating charge balance. Therefore, the Na0.67(Mn-Cu-Mg)O2 system provides an insight into designing a highly stable cathode material with anion reduction for sodium ion batteries.
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