Stable high-voltage operation of oxygen redox in P2-type Na-layered oxide cathode at fast discharging via enhanced kinetics

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作者
Bonyoung Ku,Hobin Ahn,Seokjin Lee,Jinho Ahn,M. Choi,Jungmin Kang,Hyun-Young Park,Junseong Kim,A. E. Kim,Hun‐Gi Jung,Jung‐Keun Yoo,Jongsoon Kim
出处
期刊:Energy Storage Materials [Elsevier BV]
卷期号:62: 102952-102952
标识
DOI:10.1016/j.ensm.2023.102952
摘要

Sluggish kinetics and structural instability caused by oxygen redox can lead to poor electrochemical performance of cathode materials, resulting in a much lower operating voltage during discharging than charging (especially at high current densities) and poor power-capability. Additionally, undesirable phase transitions during charge/discharge negatively affect the electrochemical performance of oxygen-redox-based P2-type Mn-based layered oxide cathodes. In this study, we demonstrate the successful stabilization of oxygen redox in P2-type Mn-based layered oxide cathodes through the synergy of Cu-Co. Particularly, the discharge operation voltage and energy density during fast charging are significantly enhanced. The average discharge voltage difference of P2-type Na0.67[Cu0.2Co0.2Mn0.6]O2 between 10 and 1000 mA g−1 is approximately ∼0.18 V, respectively, which is distinctly different from the case of P2-type Na0.67[Cu0.2Mn0.8]O2 showing differences of approximately ∼0.36 V under the same conditions. Moreover, after 100 cycles, the discharge capacity of P2-type Na0.67[Cu0.2Co0.2Mn0.6]O2 with oxygen redox is retained to ∼93% of the initial capacity, due to both a small volume change during charge/discharge (∼0.6%) and successful suppression of undesirable phase transition of P2-OP4. The outcomes of this study underscore the viability of employing oxygen-redox-based P2-type Na-layered oxide as a reasonable method for achieving exceptional high-rate and high-voltage performance.
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