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Cation-mixing stabilized layered oxide cathodes for sodium-ion batteries

Science Bulletin 2018年第6期63卷 376-384页

作者： Shaohua Guo Yang Sun Pan Liu Jin Yi Ping He Xiaoyu Zhang Yanbei Zhu ryosuke senga Kazu Suenaga Mingwei Chen Haoshen Zhou Center of Energy Storage Materials & Technology College of Engineering and Applied Sciences National Laboratory of Solid State Microstructures Collaborative Innovation Center of Advanced Microstructures Nanjing University Energy Technology Research Institute National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) State Key Laboratory of Metal Matrix Composites School of Materials Science and Engineering Shanghai Jiao Tong University National Metrology Institute of Japan National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) Nanotube Research Center National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

Sodium-ion batteries are promising for large-scale energy storage due to sodium's low cost and infinite abundance. The most popular cathodes for sodium-ion batteries, i.e., the layered sodium-containing oxides, usually exhibit reversible host rearrangement between P-type and O-type stacking upon charge/discharge. Herein we demonstrate that such host rearrangement is unfavorable and can be suppressed by introducing transition-metal ions into sodium layers. The electrode with stabilized P3-type stacking delivers superior rate capability, high energy efficiency, and excellent cycling performance. Owing to the cation-mixing nature, it performs the lowest lattice strain among all reported cathodes for sodium-ion batteries. Our findings highlight the significance of a stable host for sodium-ion storage and moreover underline the fundamental distinction in material design strategy between lithium-and sodium-ion batteries.

关键词： Sodium-ion battery Layered cathodes Host arrangement Cation-mixing Stabilized framework Lowest lattice strain

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