journal article·2024-12-03Open access

Review—Research Progress on P2/O3-Composite Layer Metal Oxide Cathode Materials for Sodium-Ion Batteries

Weiwei Xu, Jiakun Zhou, Yanli Zhang, Naixin Wang, Mengmeng Liu, Xiaoning Li, Wenzhang Zhou, Yanting Xie, Kehua Dai

Abstract

The high cost and uneven distribution of lithium resources have prompted searches for alternatives to lithium-ion batteries. Among various alternatives, the sodium layered oxide cathode materials, have shown significant research potential due to their low cost. Layered oxide materials can be categorized into sodium-rich O3 types and sodium-deficient P2 types, which have different structural features. O3 type materials offer high specific capacities but suffer from complex pathways for Na+ de-intercalation, slow Na+ diffusion, and poor air stability. P2 type materials are limited in full cell applications due to their lower practical specific capacities. Therefore, researchers conceived the idea of combining the advantages of both to construct P2/O3 composite structure cathode materials (CSMs), utilizing the synergistic effects of the CSMs to overcome the limitations of single structure material, and successfully synthesized CSMs with appropriate specific capacities. These materials effectively suppress unfavorable phase transitions and enhance Na+ diffusion coefficient, thereby improving electrochemical performance. This paper reviews the recent advancements in CSMs for sodium-ion batteries, highlighting synthesis strategies that incorporate “cationic potential” theory, element substitution, sodium content adjustment, and control of calcination processes to synthesize diverse CSMs.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advancements in Battery Materials · Advanced Battery Materials and Technologies · Zeolite Catalysis and Synthesis

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References (100+)

Show source-provided references
1. Nagaura · Prog. Batteries Sol. Cells. · 1990 · 9 · 209
2. Sauvage · Inorg. Chem. · 2007 · 46 · 328910.1021/ic0700250 ↗
3. Yabuuchi · Chem. Rev. · 2014 · 114 · 1163610.1021/cr500192f ↗
4. Wei · J. Electrochem. Soc. · 2021 · 16810.1149/1945-7111/abf9bf ↗
5. Liang · Adv. Energy Mater. · 2023 · 1310.1002/aenm.202301975 ↗
6. Sawicki · RSC.Adv. · 2015 · 5 · 5312910.1039/C5RA08321D ↗
7. Sun · Adv. Energy Mater. · 2019 · 910.1002/aenm.201800212 ↗
8. Goikolea · Adv. Energy Mater. · 2020 · 1010.1002/aenm.202002055 ↗
9. Zaghib · J. Power Sources · 2011 · 196 · 961210.1016/j.jpowsour.2011.06.061 ↗
10. Park · J. Am. Chem. Soc. · 2013 · 135 · 1387010.1021/ja406016j ↗
11. Sauvage · Solid State Sci. · 2006 · 8 · 121510.1016/j.solidstatesciences.2006.05.009 ↗
12. Oyama · Chem. Electro. Chem. · 2015 · 2 · 710.1002/celc.201500036 ↗
13. Serras · J. Mater. Chem. · 2012 · 22 · 2230110.1039/c2jm35293a ↗
14. Jian · Electrochem. Commun. · 2012 · 14 · 8610.1016/j.elecom.2011.11.009 ↗
15. You · Energy Environ. Sci. · 2014 · 7 · 164310.1039/C3EE44004D ↗
16. Karyakin · Electroanalysis. · 2001 · 13 · 81310.1002/1521-4109(200106)13:10<813::AID-ELAN813>3.0.CO;2-Z ↗
17. Zakaria · Coord. Chem. Rev. · 2017 · 352 · 32810.1016/j.ccr.2017.09.014 ↗
18. You · Nano Res. · 2015 · 8 · 11710.1007/s12274-014-0588-7 ↗
19. Dai · J. Power Sources · 2015 · 285 · 16110.1016/j.jpowsour.2015.03.087 ↗
20. Kim · Chem. Mater. · 2012 · 24 · 120510.1021/cm300065y ↗
21. Cao · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 315510.1002/adma.201100904 ↗
22. Sauvage · Sens. Actuators, B. · 2007 · 120 · 63810.1016/j.snb.2006.03.024 ↗
23. Lu · J. Electrochem. Soc. · 2001 · 148 · A122510.1149/1.1407247 ↗
24. Delmas · Solid State Ionics · 1981 · 3 · 16510.1016/0167-2738(81)90076-X ↗
25. Mendiboure · J. Solid State Chem. · 1985 · 57 · 32310.1016/0022-4596(85)90194-X ↗
26. Kim · Electrochem. Commun. · 2012 · 18 · 6610.1016/j.elecom.2012.02.020 ↗
27. Mao · J. Electrochem. Soc. · 2019 · 16610.1149/2.0211916jes ↗
28. Liu · Nano Energy. · 2016 · 27 · 2710.1016/j.nanoen.2016.06.026 ↗
29. Delmas · Physica B+C · 1980 · 99 · 8110.1016/0378-4363(80)90214-4 ↗
30. He · J. Mater. Chem. · 2012 · 22 · 368010.1039/c2jm14305d ↗
31. Radin · Adv. Energy Mater. · 2017 · 710.1002/aenm.201602888 ↗
32. Zhang · Small. · 2020 · 1610.1002/smll.202002700 ↗
33. Wen · Chem-Asian J. · 2015 · 10 · 66110.1002/asia.201403134 ↗
34. Pang · J. Power Sources · 2017 · 356 · 8010.1016/j.jpowsour.2017.04.076 ↗
35. Liu · Angew Chem Int Edit. · 2019 · 58 · 1808610.1002/anie.201911698 ↗
36. Komaba · Inorg. Chem. · 2012 · 51 · 621110.1021/ic300357d ↗
37. Lee · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2013 · 15 · 330410.1039/c2cp44467d ↗
38. Singh · Chem. Mater. · 2016 · 28 · 508710.1021/acs.chemmater.6b01935 ↗
39. Xie · Adv. Energy Mater. · 2016 · 610.1002/aenm.201601306 ↗
40. Jeong · J. Power Sources · 2019 · 43910.1016/j.jpowsour.2019.227064 ↗
41. Zhao · Angew. Chem. Int. Ed. · 2020 · 59 · 26410.1002/anie.201912171 ↗
42. Rong · Joule. · 2019 · 3 · 50310.1016/j.joule.2018.10.022 ↗
43. Zhang · Mater. Today Energy · 2024 · 4110.1016/j.mtener.2024.101534 ↗
44. Rozier · Electrochem. Commun. · 2015 · 53 · 2910.1016/j.elecom.2015.02.001 ↗
45. Cheng · Adv. Funct. Mater. · 2024 · 34 · 3910.1002/adfm.202403442 ↗
46. Chen · Energy Storage Mater. · 2024 · 6710.1016/j.ensm.2024.103252 ↗
47. Rong · Joule. · 2018 · 2 · 12510.1016/j.joule.2017.10.008 ↗
48. Komaba · ECS Trans. · 2009 · 16 · 4310.1149/1.3112727 ↗
49. Wang · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 170021010.1002/adma.201700210 ↗
50. Zhang · InfoMat. · 2022 · 410.1002/inf2.12305 ↗
51. Sun · ACS Appl. Energy Mater. · 2021 · 4 · 206110.1021/acsaem.1c00047 ↗
52. Liu · InfoMat. · 2023 · 510.1002/inf2.12422 ↗
53. Zheng · Joule, · 2023 · 7 · P273210.1016/j.joule.2023.10.016 ↗
54. Ding · Nat. Energy · 2024 · 9 · 152910.1038/s41560-024-01616-5 ↗
55. Hakim · J. Energy Chem. · 2021 · 61 · 4710.1016/j.jechem.2021.02.027 ↗
56. Deng · Adv. Funct. Mater. · 2019 · 2910.1002/adfm.201808522 ↗
57. Wang · Chin. Chem. Lett. · 2020 · 31 · 216710.1016/j.cclet.2019.12.008 ↗
58. Su · Small. · 2019 · 310.1002/smtd.201800205 ↗
59. Gabriel · Energy Sci. Eng. · 2022 · 10 · 167210.1002/ese3.1128 ↗
60. Zhu · Batteries Supercaps. · 2023 · 610.1002/batt.202200473 ↗
61. Wu · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2017 · 9 · 2126710.1021/acsami.7b04338 ↗
62. Cheng · Angew. Chem. · 2022 · 13410.1002/ange.202117728 ↗
63. Zhang · J. Colloid Interface Sci. · 2024 · 654 · 140510.1016/j.jcis.2023.10.129 ↗
64. Qi · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2017 · 9 · 4021510.1021/acsami.7b11282 ↗
65. Saxena · J. Energy Storage. · 2023 · 6410.1016/j.est.2023.107242 ↗
66. Gao · Sci. Bull. · 2022 · 67 · 158910.1016/j.scib.2022.06.024 ↗
67. Lee · Adv. Energy Mater. · 2014 · 4 · 140045810.1002/aenm.201400458 ↗
68. Guo · Angew Chem Int Edit. · 2015 · 54 · 589410.1002/anie.201411788 ↗
69. Feng · J. Electroanal. Chem. · 2022 · 91610.1016/j.jelechem.2022.116378 ↗
70. Li · J. Phys. Chem. C · 2016 · 120 · 900710.1021/acs.jpcc.5b11983 ↗
71. Bianchini · J. Mater. Chem. A · 2018 · 6 · 355210.1039/C7TA11180K ↗
72. Zhou · J. Power Sources · 2019 · 421 · 14710.1016/j.jpowsour.2019.02.061 ↗
73. Xu · J. Electrochem. Soc. · 2024 · 17110.1149/1945-7111/ad1c14 ↗
74. Chen · J. Power Sources · 2018 · 406 · 11010.1016/j.jpowsour.2018.10.058 ↗
75. Hu · ACS Appl. Energy Mater. · 2023 · 7 · 46010.1021/acsaem.3c02365 ↗
76. Yuan · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2015 · 7 · 858510.1021/acsami.5b00594 ↗
77. Huang · Inorg. Chem. · 2018 · 57 · 1558410.1021/acs.inorgchem.8b02931 ↗
78. Billaud · Energy Environ. Sci. · 2014 · 7 · 138710.1039/C4EE00465E ↗
79. Zuo · ACS Appl. Energy Mater. · 2019 · 2 · 491410.1021/acsaem.9b00614 ↗
80. Wu · J. Power Sources · 2015 · 281 · 1810.1016/j.jpowsour.2014.12.083 ↗
81. Xu · J. Alloys Compd. · 2023 · 962 · 17119910.1016/j.jallcom.2023.171199 ↗
82. Ramasamy · J. Phys. Chem. Lett. · 2017 · 8 · 502110.1021/acs.jpclett.7b02012 ↗
83. Tan · J. Colloid Interface Sci. · 2022 · 622 · 103710.1016/j.jcis.2022.04.112 ↗
84. Wang · Adv. Energy Mater. · 2019 · 910.1002/aenm.201901785 ↗
85. Hu · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2020 · 12 · 4148510.1021/acsami.0c11427 ↗
86. Zhang · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2024 · 16 · 1134910.1021/acsami.3c15056 ↗
87. Ma · Nanomaterials. · 2023 · 13 · 134910.3390/nano13081349 ↗
88. Kim · Adv. Energy Mater. · 2011 · 1 · 33310.1002/aenm.201000061 ↗
89. Yang · Adv. Energy Mater. · 2020 · 3010.1002/adfm.202003364 ↗
90. Sun · Energy Storage Mater. · 2020 · 27 · 25210.1016/j.ensm.2020.02.007 ↗
91. Xiao · Nano Energy. · 2021 · 8910.1016/j.nanoen.2021.106371 ↗
92. Li · Electrochim. Acta · 2019 · 318 · 1410.1016/j.electacta.2019.06.020 ↗
93. Yu · Energy Storage Mater. · 2022 · 50 · 73010.1016/j.ensm.2022.06.012 ↗
94. Chen · Nano Energy. · 2021 · 9010.1016/j.nanoen.2021.106504 ↗
95. Mu · Adv. Mater. · 2015 · 27 · 692810.1002/adma.201502449 ↗
96. Wang · J. Am. Chem. Soc. · 2018 · 141 · 84010.1021/jacs.8b08638 ↗
97. Li · Nano Energy. · 2018 · 47 · 51910.1016/j.nanoen.2018.03.007 ↗
98. Zhai · Mater. Today Energy. · 2022 · 2910.1016/j.mtener.2022.101106 ↗
99. Zhang · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2024 · 16 · 1134910.1021/acsami.3c15056 ↗
100. Liang · Chem.Comm. · 2021 · 57 · 289110.1039/D0CC08302J ↗