中国有色金属学报(英文版)2024,Vol.34Issue(10) :3344-3357.DOI:10.1016/S1003-6326(24)66612-4

Sc和Zn双取代增强O3-NaMn0.5Ni0.5O2正极的Na+扩散动力学和结构稳定性

Enhancing Na+diffusion dynamics and structural stability of O3-NaMn0.5Ni0.5O2 cathode by Sc and Zn dual-substitution

王彬彬 冯伊铭 罗鑫 黄群 侯子兴 吴雅琴 王鹏宇 齐宇阳 孟庆飞 韦伟峰 周亮君
中国有色金属学报(英文版)2024,Vol.34Issue(10) :3344-3357.DOI:10.1016/S1003-6326(24)66612-4

Sc和Zn双取代增强O3-NaMn0.5Ni0.5O2正极的Na+扩散动力学和结构稳定性

Enhancing Na+diffusion dynamics and structural stability of O3-NaMn0.5Ni0.5O2 cathode by Sc and Zn dual-substitution

王彬彬 1冯伊铭 2罗鑫 1黄群 3侯子兴 1吴雅琴 1王鹏宇 1齐宇阳 4孟庆飞 4韦伟峰 1周亮君1
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作者信息

  • 1. 中南大学粉末冶金国家重点实验室,长沙 410083
  • 2. 先导科技集团有限公司,广州 510623
  • 3. 中国电子科技集团公司第四十八研究所,长沙 410111
  • 4. 武汉中原长江科技发展有限公司,武汉 430090
  • 折叠

摘要

采用溶液燃烧和固态相结合的方法将Sc和Zn引入O3-NaMn0.5Ni0.5O2(NaMN),研究Sc和Zn双取代对NaMN的Na+扩散动力学和结构稳定性的影响.物理化学表征表明,Sc和Zn的引入拓宽Na+的扩散通道,削弱Na—O键,从而促进Na+的扩散.理论计算结果表明,Sc和Zn双取代降低Na+的扩散势垒,提高材料的电导率.双取代的NaMn0.5Ni0.4Sc0.04Zn0.04O2(NaMNSZ44)正极具有高的循环稳定性,在1C下进行200次循环后,容量保持率为71.2%,在5C下进行400次循环后,容量保持率为54.8%.此外,与硬碳负极匹配组装的全电池具有显著的长期循环稳定性,在1C下进行250次循环后容量保持64.1%.这些结果表明,Sc和Zn双取代是一种改善NaMN的Na+扩散动力学和结构稳定性的有效策略.

Abstract

Sc and Zn were introduced into O3-NaMn0.5Ni0.5O2(NaMN)using the combination of solution combustion and solid-state method.The effect of Sc and Zn dual-substitution on Na+diffusion dynamics and structural stability of NaMN was investigated.The physicochemical characterizations suggest that the introduction of Sc and Zn broaden Na+diffusion channels and weaken the Na—O bonds,thereby facilitating the diffusion of sodium ions.Simulations indicate that the Sc and Zn dual-substitution decreases the diffusion barrier of Na-ions and improves the conductivity of the material.The dual-substituted NaMn0.5Ni0.4Sc0.04Zn0.04O2(NaMNSZ44)cathode delivers impressive cycle stability with capacity retention of 71.2%after 200 cycles at 1C and 54.8%after 400 cycles at 5C.Additionally,the full cell paired with hard carbon anode exhibits a remarkable long-term cycling stability,showing capacity retention of 64.1%after 250 cycles at 1C.These results demonstrate that Sc and Zn dual-substitution is an effective strategy to improve the Na+diffusion dynamics and structural stability of NaMN.

关键词

层状氧化物正极/Sc和Zn双取代/结构稳定性/Na+扩散动力学

Key words

layered oxide cathode/Sc and Zn dual-substitution/structural stability/Na diffusion dynamics

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基金项目

National Natural Science Foundation of China(52377220)

Natural Science Foundation of Hunan Province,China(kq2208265)

出版年

2024
中国有色金属学报(英文版)
中国有色金属学会

中国有色金属学报(英文版)

CSTPCD
影响因子:1.183
ISSN:1003-6326
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