High-energy and long-life O3-type layered cathode material for sodium-ion batteries

阴极 离子 材料科学 能量(信号处理) 工程物理 电气工程 化学 物理 工程类 冶金 量子力学 有机化学
作者
Yang‐Kook Sun,Xinghui Liang,Xiaosheng Song,H. Hohyun Sun,Hun Kim,Myoung-Chan Kim
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-5322440/v1
摘要

Abstract O3-type cathodes for sodium-ion batteries have attracted significant attention owning to their low cost and high energy density. However, their applications are restricted by rapid capacity degradation during long-term cycling, with uneven Na+ distribution and microcrack formation being key contributing factors. In this study, a customized reconstruction layer integrating a fast ion conductor NaCaPO4 coating with gradient Ca2+ doping was developed to enhance the surface chemical and mechanical stability of the layered cathodes. The gradient Ca2+ doped interphase facilitated uniform phase transformation within the particles, minimized lattice mismatch, ensured even Na+ distribution, and mitigated microcrack formation through a pinning effect. Consequently, the optimized cathode delivered excellent rate performance (105.3 mAh g− 1 at 10 C), long-term cycling stability (81.0% capacity retention after 300 cycles at 0.5 C), and robust reliability under high-voltage conditions and across a wide operating temperature range (− 10 to 50°C). The practical feasibility of a pouch-type Na-ion full cell paired with a hard carbon anode was demonstrated by a high capacity retention of 82.9% after 300 cycles at 1 C. This scalable interface modification strategy can provide valuable insights into the development of advanced oxide cathode materials for sodium-ion batteries.
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