Sodium and Manganese Stoichiometry of P2-Type Na2/3MnO2

To realize a reversible solid‐state MnIII/IV redox couple in layered oxides, co‐operative Jahn–Teller distortion (CJTD) of six‐coordinate MnIII (t2g3–eg1) is a key factor in terms of structural and physical properties. We develop a single‐phase synthesis route for two polymorphs, namely distorted an...

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Veröffentlicht in:Angewandte Chemie 2016-10, Vol.128 (41), p.12952-12955
Hauptverfasser: Kumakura, Shinichi, Tahara, Yoshiyuki, Kubota, Kei, Chihara, Kuniko, Komaba, Shinichi
Format: Artikel
Sprache:eng
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Beschreibung
Zusammenfassung:To realize a reversible solid‐state MnIII/IV redox couple in layered oxides, co‐operative Jahn–Teller distortion (CJTD) of six‐coordinate MnIII (t2g3–eg1) is a key factor in terms of structural and physical properties. We develop a single‐phase synthesis route for two polymorphs, namely distorted and undistorted P2‐type Na2/3MnO2 having different Mn stoichiometry, and investigate how the structural and stoichiometric difference influences electrochemical reaction. The distorted Na2/3MnO2 delivers 216 mAh g−1 as a 3 V class positive electrode, reaching 590 Wh (kg oxide)−1 with excellent cycle stability in a non‐aqueous Na cell and demonstrates better electrochemical behavior compared to undistorted Na2/3MnO2. Furthermore, reversible phase transitions correlated with CJTD are found upon (de)sodiation for distorted Na2/3MnO2, providing a new insight into utilization of the MnIII/IV redox couple for positive electrodes of Na‐ion batteries. Der hoch reversible Na‐Einschub auf Basis des Redoxpaars MnIII/IV wird für Jahn‐Teller‐verzerrtes P2‐Na2/3MnO2 und eine nichtverzerrte Form mit irregulärer Mn‐Stöchiometrie beschrieben. Verzerrtes Na2/3MnO2 liefert mehr Energie (590 Wh kg−1) und durchläuft reversible Phasenübergänge während der Na‐Extraktion. Diese Prozesse hängen zusammen mit der Na/Fehlstellen‐Ordnung, der Mn‐Ladungsordnung und kooperativer Verzerrung.
ISSN:0044-8249
1521-3757
DOI:10.1002/ange.201606415