Tổng hợp và khảo sát tính chất điện hoá của vật liệu Na0.67Mn0:75Ni0:25O2 trong hệ điện giải carbonate

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 24(2):1284-1294
Open Access Full Text Article Bài Nghiên cứu
1Bộ môn Hóa lý, Khoa Hóa học, Trường
Đại học Khoa học Tự nhiên, Việt Nam
2Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí
Minh (VNU-HCM), Việt Nam
3Phòng thí nghiệm Hóa lý Ứng dụng
(APCLAB), Khoa Hóa học, Trường Đại
học Khoa học Tự nhiên, Việt Nam
Liên hệ
Huỳnh Thị Kim Tuyên, Đại học Quốc gia
Thành phố Hồ Chí Minh (VNU-HCM), Việt
Nam
Phòng thí nghiệm Hóa lý Ứng dụng
(APCLAB), Khoa Hóa học, Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên, Việt Nam
Email: htktuyen@hcmus.edu.vn
Lịch sử
 Ngày nhận: 01-3-2021
 Ngày chấp nhận: 05-5-2021
 Ngày đăng: 13-5-2021
DOI : 10.32508/stdjns.v5i3.1032
Bản quyền
© ĐHQG Tp.HCM. Đây là bài báo công bố
mở được phát hành theo các điều khoản của
the Creative Commons Attribution 4.0
International license.
Tổng hợp và khảo sát tính chất điện hoá của vật liệu
Na0:67Mn0:75Ni0:25O2 trong hệ điện giải carbonate
LêMinh Kha1,2, Huỳnh Thị Kim Tuyên2,3,*, Phùng Gia Thịnh2,3, Nguyễn Văn Hoàng2,3, Lê Mỹ Loan Phụng1,2,3
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
TÓM TẮT
Trong nghiên cứu này, vật liệu cấu trúc lớp P2-Na0:67Mn0:75Ni0:25O2 (NaMNO) được tổng hợp bằng
phương pháp đồng kết tủa có kích thước hạt trong khoảng 2-4 mm. Kết quả phân tích phổ hấp
thu nguyên tử (AAS) và phổ tán xạ năng lượng (EDS) cho thấy các nguyên tố kim loại phân bố đồng
đều trong toàn bộ khối vật liệu với tỉ lệ mol Mn¸Ni là 3¸1. Tính chất điện hoá của vật liệu điện cực
dương NaMNOđược khảo sát trong các hệ dungmôi carbonate chứa 1MNaClO4 (hoặc 1MNaPF6).
Trong các loại điện giải đã khảo sát, vật liệu NaMNO thể hiện tính chất phóng sạc tốt nhất với điện
giải 1MNaClO4/PC + 2% (v/v) VC, với dung lượng đầu đạt được lên đến 205,7mAh/g (gần với dung
lượng lý thuyết C = 258 mAh/g) và giữ được 63,2% dung lượng ban đầu trong suốt 60 chu kì. Từ
nghiên cứu này, có thể thấy rằng chất phụ gia vinylene carbonate (VC) đóng vai trò quan trọng
trong việc cải thiện hiệu năng của vật liệu điện cực dương NaMNO nhờ vào quá trình hình thành
lớp liên diện pha rắn (SEI) bền vững qua nhiều chu kì phóng sạc. Phương pháp phổ tổng trở điện
hoá (EIS) đã được sử dụng để nghiên cứu sự hình thành và biến đổi của lớp SEI qua nhiều chu kì
bằng cách khảo sát các loại trở kháng thành phần của hệ trước khi phóng sạc và sau một số chu
kì. Trong suốt quá trình phóng sạc, kĩ thuật chuẩn độ điện thế (GITT) được sử dụng để tính toán
hệ số khuếch tán ion Na+, từ đó có thể thấy được hệ số khuếch tán ion Na+ tăng rõ rệt ở vùng thế
hoạt động của các cặp oxy hoá khử Mn3+/Mn4+ và Ni3+/Ni4+.
Từ khoá: dung môi carbonate, lớp SEI, P2-Na0.67Mn0.75Ni0.25O2, pin sạc Na-ion, VC
MỞĐẦU
Pin sạc Li-ion (LIB) là một trong những phát minh
quan trọng của thế kỉ XX, được sử dụng rộng rãi trong
các thiết bị di động như điện thoại, laptop, xe điện,
Ngày nay, LIB đóng vai trò chủ đạo trong nền công
nghiệp hiện đại với chức năng nhưmột công cụmạnh
mẽ giúp lưu trữ và chuyển hoá năng lượng nhờ vào
mật độ năng lượng cao, dung lượng thuận nghịch cao,
gọn nhẹ, Tuy nhiên, thử thách lớn nhất với LIB đến
từ nguồn nguyên liệu chứa Li. Sự phân bố của nguồn
Li không đồng đều trong vỏ trái đất, cùng với sự khai
thác quá mức dẫn đến tình trạng khan hiếm nguyên
liệu là những nguyên nhân chính đẩy cao giá thành
của LIB. Với tình trạng đó, LIB gặp nhiều khó khăn
khi được sử dụng làm công cụ lưu trữ năng lượng có
quy mô lớn. Hệ thống lưu trữ này cần đáp ứng các
yêu cầu như tuổi thọ cao, tính an toàn cao, mật độ
năng lượng lớn, và đặc biệt là giá thành thấp1. Trong
khi đó, pin sạc Na-ion (NIB) là một trong những ứng
cử viên tiềm năng bởi vì Na là nguyên tố phổ biến có
trong vỏ trái đất, do đó hàm lượng của nguồn nguyên
liệu Na rẻ hơn nhiều so với Li. Ngoài ra, khác với Li,
Na không tạo hợp kim với Al 1,2. Vì vậy trong NIB,
việc sử dụng bộ góp dòng làm từ Al kim loại thay vì
Cu như trong LIB cũng góp phần làmhạ giá thành của
NIB, làm tăng khả năng thương mại hoá trong công
nghiệp ở quy mô lớn. Tuy nhiên, việc phát triển NIB
cũng gặp một số thách thức lớn cần phải giải quyết.
Thách thức lớn nhất là bán kính của ion Na+ lớn hơn
nhiều so với ion Li+ dẫn đến tính kém bền trong cấu
trúc chủ suốt quá tình phóng sạc. Bên cạnh đó, thể
khử chuẩn của Na thấp hơn Li khiến mật độ năng
lượng của NIB tương đối thấp hơn LIB.
Mặc dù có những khuyết điểmnhư vậy, những nghiên
cứu vềNIB trong nhữngnămgầnđây có dấu hiệu tăng
rõ rệt3, trong đó có nhiều nghiên cứu về vật liệu cấu
trúc lớp. Các oxide kim loại chuyển tiếp cấu trúc lớp,
đặc biệt là vật liệu P2-NaMNO làmột trong những vật
liệu điện cực dương tiềm năng với tính thuận nghịch
dung lượng cao, hiệu năng cao, quy trình tổng hợp
đơn giản, giá thành thấp, thân thiện với môi trường
và bền trong không khí1,4. Tuy nhiên, vật liệu pha P2
này chứa hàm lượng cao nguyên tố Mn, dẫn đến một
số thách thức như sau: (i) Cấu trúc phaP2 trải qua quá
trình chuyển pha không thuận nghịch O2-P2 5,6 khi
điện cực được sạc lên đến vùng thế cao dẫn đến hiệu
suất Coulomb (CE) thấp; (ii)Hiệu ứng Janh-Teller gây
ra bởi ionMn3+ là nguyên nhân chính dẫn đến sự dẫn
nở về thể tích trong cấu trúc của vật liệu ban đầu 7. Để
Trích dẫn bài báo này: Kha L M, Tuyên H T K, Thịnh P G, Hoàng N V, Phụng L M L. Tổng hợp và khảo sát
tính chất điện hoá của vật liệu Na0:67Mn0:75Ni0:25O2 trong hệ điện giải carbonate. Sci. Tech. Dev. J. -
Nat. Sci.; 24(2):1284-1294.
1284
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 24(2):1284-1294
giải quyết các vấn đề này, một vài giải pháp đã được
đề xuất như: (i) ngăn chặn sự chuyển pha P2-O2, (ii)
loại bỏ trật tự Na+/lỗ trống, (iii) tránh/giảm thiểu sự
tham gia của cặp oxy hoá khử Mn3+/Mn4+, và (iv)
cải thiện điện giải4.
Điện giải đóng vai trò quan trọng trong quá trình vận
hành của NIB. Điện giải cho phép các ion Na+ di
chuyển thuận nghịch giữa anode và cathode. Nhìn
chung, thế hoạt động của anode (Va) và thế h ...  có dung
lượng cao hơn quá trình phóng, nguyên nhân chính
là dung lượng được tạo ra ở vùng thế phẳng gần 4,2
V. Đó là quá trình chuyển pha từ P2 sang O2 khi
lượng ion Na+ rời khỏi cấu trúc quá lớn 12. Như vậy,
việc thêm phụ gia VC có thể làm giảm hiện tượng
này vì VC bị oxy hoá trước tiên để tạo ra lớp thụ
động SEI trên bề mặt, bảo vệ điện giải khỏi những
phản ứng oxy hoá với điện cực trong suốt quá trình
phóng sạc ở vùng thế cao ở các chu kì sau (vùng thế
phẳng của bán pin ở gần 4,2 V với điện giải có VC
thấp hơn). Kết quả này phù hợp với đường quét thế
tuyến tính (Hình 6).
Các điện giải chứa phụ gia VC bị oxy hoá ở vùng thế
cao hơn bởi vì một lượng nhỏ VC đã bị oxy hoá ban
đầu tạo ra lớp bảo vệ như đề cập ở trên. Nếu không
có VC, các dung môi carbonate có thể bị oxy hoá ở
vùng thế thấp hơn dẫn đến sự gia tăng dung lượng ở
đường sạc đầu tiên và do đó, giá trị hiệu suất Coulomb
CE sẽ thấp. Giá trị CE của điện giải E1 và E3 có xu
hướng tăng và ổn định dần ở các chu kì sau, có thế
do lớp thụ động hình thành hiệu quả dần trong suốt
quá trình phóng sạc. Các điện giải carbonate chứa
1289
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 24(2):1284-1294
Hình 5: Đường cong phóng sạc chu kì 1, CE và dung lượng phóng theo chu kì của NaMNO trong hệ điện giải
carbonate với (a, b) 1Mmuối NaClO4 và (c, d) 1Mmuối NaPF6
Bảng 5: Kết quả phóng sạc của NaMNO trong các hệ điện giải
Điện giải Dung lượng sạc CK1
(mAh/g)
Dung lượng phóng CK1
(mAh/g)
CE CK1 (%) Độ giữ dung lượng (%)
sau 60 CK
E1 202,8 186,0 91,7 45,0
E2 143,4 205,7 143,4 63,2
E3 242,5 191,1 78,8 40,0
E4 150,6 208,9 138,7 57,5
E5 176,4 186,3 105,6 69,5
E6 235,1 240,7 102,4 40,3
E7 190,3 197,4 103,7 48,3
1M NaPF6 (Hình 5(c, d)) lại không tốt cho vật liệu
NaMNO so với điện giải chứa 1MNaClO4 mặt dù độ
dẫn của NaPF6 cao hơn13. Kết quả này có thể được
giải thích bởi độ bền nhiệt thấp (i) và sự phân huỷ của
NaPF6 khi có mặt của nước ở hàm lượng vết (ii). Sản
phẩm phân huỷ HF được xem như là yếu tố chính là
giảm hiệu quả của điện giải trong NIB. Các hợp chất
khác, như PF5 và POF3, có thể kích phát phản ứng
dây chuyền với dung môi10:
NaPF6! NaF+PF5 (iii)
NaPF6+H2O! NaF+POF3+2HF (iv)
Điện giải E5 là điện giải tốt nhất trong các loại điện
giải chứa muối NaPF6 với dung lượng thuận nghịch
cao nhất và CE đạt được gần 100% trong khi E6 cho
dung lượng ban đầu cao nhất. Tuy nhiên, dung lượng
E6 giảm xuống nhanh chóng vì CE thấp ở chu kì đầu.
Điện giải E7 có CE cao hơn E6 mặc dù dung lượng
phóng ở chu kì đầu là thấp nhất. Vì vậy, tuổi thọ của
E7 cao hơn (không tính đến việc dung lượng giảm
nhanhởnhững chu kì đầu do hiệu ứng Jahn-Teller gây
ra bởi ion Mn3+ dẫn đến cấu trúc không bền vững).
1290
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 24(2):1284-1294
Hình 6: Độ bền oxy hoá của các điện giải carbonate chứa 1Mmuối NaClO4
Phổ tổng trở Nyquist của bán pin NaMNO//Na đối
với điện giải E1 và E4 được mô tả qua Hình 7(a,
b) và mô hình mạch tương đương được thể hiện ở
Hình 7(c), trong đó Rs là điện trởOhm, Rct là điện trở
chuyển điện tích, CPE là phần tử pha không đổi vàWo
là trở kháng Warburg14. Bán cung ở vùng tần số cao
đại diện cho điện trở chuyển điện tích (Rct ). Giá trị
Rct của bán pin đối với điện giải E1 (không chứa VC)
có dấu hiệu tăng dần trong khi trở hầu như không đổi
đối với điện giải E4 (chứa VC). Các kết quả này chỉ
ra rằng VC có thể hình thành lớp thụ động hiệu quả
giúp bảo vệ điện giải khỏi các phản ứng phụ với điện
cực khi sạc lên ở vùng thế cao và xác nhận rằng điện
giải E1 bị oxy hoá trong suốt quá trình phóng sạc, có
thể quan sát được thông qua sự tăng tổng trở trong
suốt quá trình phóng sạc. Ngoài ra, sự khác biệt tổng
trở ở trạng thái trước phóng sạc (OCV) so với chu kì
đầu tiên của 2 loại điện giải chứng tỏ VC có thể hình
thành lớp SEI bảo vệ bềmặt cathode NaMNOngay cả
khi trước lúc phóng sạc. Vì vậy, ở đường cong phóng
sạc của bán pin NaMNO với điện giải E1 xuất hiện
một vùng phẳng dài ở cuối quá trình sạc, trong khi
vùng phẳng đó ngắn hơn đối với điện giải E4.
Hệ số khuếch tán của ion Na+ được xác định thông
qua phương trình Weppner-Huggins15:
DNa =
4
p

Io
VM
FS
2 dE=dx
dE=d
p
t
2
Trong đó Io = 3,505´105 (A) là cường độ dòng cố
định, VM = 24,403 (cm3/mol) là thể tích mol của hợp
chất, F = 96485 (C/mol) là hằng số Faraday, S = 1,13
(cm2) là diện tích phần tiếp xúc của điện cực với điện
giải, x là bước chuẩn độ, E (V) là điện thế, và t (s) là
thời gian.
Hình 8 cho thấy hệ số khuếch tán tính được của ion
Na+ (DNa) và thế mạch hở OCV tương ứng với từng
trạng thái phóng sạc. Giá trị DNa ở quá trình oxy hoá
thay đổi từ 107 đến 1011 cm2/s trong khi giá trị này
dao động từ 106 đến 1012 cm2/s ở quá trình khử.
Vùng màu xám ở cả quá trình phóng và sạc được ghi
nhận có sự gia tăng rõ rệt của giá trị hệ số khuếch tán.
Các vùng này liên quan đến vùng thế hoạt động của
các cặp oxy hoá khử Mn3+/Mn4+ và Ni3+/Ni4+, tại
đó ion Na+ khuếch tan dễ dàng. Kết quả này phù hợp
với kết quả CV. Ngoài ra, ion Na+ khuếch tán chậm
hơn ở cuối đường sạc/phóng, tại đó cấu trúc vật liệu
bị co lại/giãn ra hoặc xảy ra sự chuyển đổi pha.
1291
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 24(2):1284-1294
Hình 7: Đường EIS của bán pin NaMNO//Na trong (a) điện giải E1 và (b) điện giải E4. (c) Mô hình mạch tương
đương 13
Hình 8: Hệ số khuếch tán ion Na+ (đỏ) và thế mạch hở (xanh dương) tương ứng với từng trạng thái (a) sạc và (b)
phóng
KẾT LUẬN
Vật liệu điện cực dương NaMNO được tổng hợp
thành công và không lẫn tạp chất. Kích thước hạt
sơ cấp thay đổi từ 2-4 mm với dạng đĩa dẹp và sự
kết tinh định hướng theo mặt phẳng ab. Các hạt sơ
cấp tụ lại thành các hạt thứ cấp với kích thước thay
đổi trong khoảng 5-10 mm. Các nguyên tố kim loại
phân bố đồng đều trong vật liệu với tỉ lệ mong muốn.
Trong tất cả hệ điện giải đã khảo sát, điện giải 1M
NaClO4/NaPF6 pha trong PC + 2% VC cho thấy tính
chất điện hoá tối ưu nhất. Bên cạnh đó, kết quả EIS
khẳng định sự hình thành của lớp thụ động SEI sau
chu kì đầu tiên khi sử dụng hệ điện giải carbonate,
ngăn chặn điện giải tiếp tục bị oxy hoá khử ở bề mặt
điện cực. Động học của quá trình khuếch tán ionNa+
được khảo sát từ nghiên cứu này đã làm rõ cơ chế
khuếch tán của ion Na+ trong cấu trúc NaMNO.
CÁC TỪ VIẾT TẮT
AAS – Phổ hấp thu nguyên tử
CE – Hiệu suất Coulomb
DMC – Dimethyl carbonate
EC – Ethylene carbonate
EDS – Phổ tán xạ năng lượng
EIS – Phổ tổng trở điện hoá
FEC – Fluoroethylene carbonate
GITT – Kĩ thuật chuẩn độ điện thế
LIB – Pin Li-ion
NaMNO – Na0:67Mn0:75Ni0:25O2
NIB – Pin Na-ion
NMP – N-methyl pyrrolindone
PC – Propylene carbonate
SEI – Lớp liên diện pha rắn
VC – Vinylene carbonate
XRD – Nhiễu xạ tia X
1292
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Tự nhiên, 24(2):1284-1294
XUNGĐỘT LỢI ÍCH
Các tác giả tuyên bố rằng họ không có xung đột lợi
ích.
ĐÓNGGÓP CỦA CÁC TÁC GIẢ
Lê Minh Kha đóng góp thu thập số liệu và viết bản
thảo. Nguyễn Văn Hoàng đóng góp tổng hợp vật liệu,
Phùng Gia Thịnh đóng góp dữ liệu đo GITT. Huỳnh
Thị Kim Tuyên đóng góp hỗ trợ khảo sát và góp ý bản
thảo. Lê Mỹ Loan Phụng đóng góp trong việc hỗ trợ
góp ý bản thảo.
LỜI CẢMƠN
Nghiên cứu được tài trợ bởi Đại học Quốc gia
TP.HCM qua Đề tài C mã số: C2020-18-24 .
TÀI LIỆU THAMKHẢO
1. Clément RJ, Bruce PG, Grey CP. Manganese-based
P2-type transition metal oxides as sodium-ion bat-
tery cathode materials. Journal of The Electrochem-
ical Society. 2015;162(14):A2589;Available from:
https://doi.org/10.1149/2.0201514jes.
2. Hwang J-Y, Myung S-T, Sun Y-K. Sodium-ion batteries: present
and future. Chemical Society Reviews. 2017;46(12):3529-
614;PMID: 28349134. Available from: https://doi.org/10.1039/
C6CS00776G.
3. Kubota K, DahbiM, Hosaka T, Kumakura S, Komaba S. Towards
K-ion and Na-ion batteries as ”Beyond Li-Ion”. The chemical
record. 2018;18(4):459-79;PMID: 29442429. Available from:
https://doi.org/10.1002/tcr.201700057.
4. Zhang J, Wang W, Wang W, Wang S, Li B, interfaces. Compre-
hensive review of P2-type Na2/3Ni1/3Mn2/3O2, a potential
cathode for practical application of Na-ion batteries. ACS ap-
pliedmaterials. 2019;11(25):22051-66;PMID: 31136141. Avail-
able from: https://doi.org/10.1021/acsami.9b03937.
5. Wang L, Sun Y-G, Hu L-L, Piao J-Y, Guo J, Manthiram A, Ma
J, Cao A-M. Copper-substituted Na0.67Ni0.3xCuxMn0.7O2
cathode materials for sodium-ion batteries with suppressed
P2-O2 phase transition. Journal of Materials Chemistry A.
2017;5(18):8752-61;Available from: https://doi.org/10.1039/
C7TA00880E.
6. Wang PF, You Y, Yin YX, Guo YG. Layered oxide
cathodes for sodium-ion batteries: phase transi-
tion, air stability, and performance. Advanced En-
ergy Materials. 2018;8(8):1701912;Available from:
https://doi.org/10.1002/aenm.201701912.
7. Gonzalo E, Ortiz-Vitoriano N, Drewett NE, Acebedo B, del Amo
JML, Bonilla FJ, Rojo T. P2 manganese rich sodium layered
oxides: Rational stoichiometries for enhanced performance.
Journal Of Power Sources. 2018;401:117-25;Available from:
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2018.08.068.
8. You Y, Manthiram A. Progress in high-voltage cathodemateri-
als for rechargeable sodium-ion batteries. Advanced Energy
Materials. 2018;8(2):1701785;Available from: https://doi.org/
10.1002/aenm.201701785.
9. Ponrouch A, Marchante E, Courty M, Tarascon J-M, Palacín
MR. In search of an optimized electrolyte for Na-ion batteries.
Energy Environmental Science. 2012;5(9):8572-83;Available
from: https://doi.org/10.1039/c2ee22258b.
10. Wang A, Kadam S, Li H, Shi S, Qi Y. Review on modeling of
theanode solid electrolyte interphase (SEI) for lithium-ionbat-
teries. NPJ Computational materials. 2018;4(1):1-26;Available
from: https://doi.org/10.1038/s41524-018-0064-0.
11. Zhao J, Xu J, Lee DH, Dimov N, Meng YS, Okada
S. Electrochemical and thermal properties of P2-
type Na2/3Fe1/3Mn2/3O2 for Na-ion batteries. Jour-
nal of Power Sources. 2014;264:235-9;Available from:
https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2014.04.048.
12. Lee D H, Xu J, Meng Y S. An advanced cathode for Na-
ion batteries with high rate and excellent structural stabil-
ity. Physical Chemistry Chemical Physics. 2013;15(9):3304-
3312;PMID: 23361584. Available from: https://doi.org/10.
1039/c2cp44467d.
13. Ponrouch A, Monti D, Boschin A, Steen B, Johansson P, Palacín
MR. Non-aqueous electrolytes for sodium-ion batteries. Jour-
nal of Materials Chemistry A. 2015;3(1):22-42;Available from:
https://doi.org/10.1039/C4TA04428B.
14. Zhang Y-Y, Zhang S-J, Li J-T, Wang K, Zhang Y-C, Liu Q, Xie R-
S, Pei Y-R, Huang L, Sun S-G. Improvement of electrochemical
properties of P2-type Na2/3Mn2/3Ni1/3O2 sodium ion bat-
tery cathode material by water-soluble binders. Electrochim-
ica Acta, 2019; 298:496-504;Available from: https://doi.org/10.
1016/j.electacta.2018.12.089.
15. Weppner W, Huggins RA. Determination of the kinetic pa-
rameters of mixed-conducting electrodes and application to
the system Li3Sb. Journal of The Electrochemical Society.
1977;124(10):1569;Available from: https://doi.org/10.1149/1.
2133112.
1293
Science & Technology Development Journal – Natural Sciences, 24(2):1284-1294
Open Access Full Text Article Research Article
1Department of Physical Chemistry,
Faculty of Chemistry, University of
Science, Vietnam
2Vietnam National University Ho Chi
Minh city (VNUHCM), Vietnam
3Applied Physical Chemistry Laboratory,
Faculty of Chemistry, University of
Science, Vietnam
Correspondence
Huynh Thi Kim Tuyen, Vietnam National
University Ho Chi Minh city (VNUHCM),
Vietnam
Applied Physical Chemistry Laboratory,
Faculty of Chemistry, University of
Science, Vietnam
Email: htktuyen@hcmus.edu.vn
History
 Received: 01-3-2021 
 Accepted: 05-5-2021 
 Published: 13-5-2021
DOI : 10.32508/stdjns.v5i3.1032 
Copyright
© VNU-HCM Press. This is an open-
access article distributed under the
terms of the Creative Commons
Attribution 4.0 International license.
Synthesis and electrochemical properties of Na0:67Mn0:75Ni0:25O2 in
carbonate-based electrolytes
LeMinh Kha1,2, Huynh Thi Kim Tuyen2,3,*, Phung Gia Thịnh2,3, Nguyen Van Hoang1,3, Le My Loan Phung1,2,3
Use your smartphone to scan this
QR code and download this article
ABSTRACT
In this work, a single phase of P2-Na0:67Mn0:75Ni0:25O2 (NaMNO) material was successfully synthe-
sized via a coprecipitation method with the size varying from 2 to 4 mm. According to the atomic
absorption spectroscopy (AAS), all the metallic elements were uniformly distributed in the bulk
material with the desired ratio Mn¸Ni = 3¸1. The electrochemical properties of P2-NaNMO were
investigated in carbonate-based electrolytes using 1M NaClO4 or 1M NaPF6 . Among these elec-
trolytes, this cathode exhibited the best electrochemical performance with initial capacity up to
205.7 mAh/g and capacity retention reaches 63.2% during 60 cycles when using 1M NaClO4/PC
+ 2% (v/v) VC. Indeed, vinylene carbonate (VC) additive plays an important role in improving the
performance of NaMNO cathode through the formation of a stable cathode electrolyte interphase
layer (CEI). Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was performed to demonstrate CEI layer
formation indicated by the elevation of the electrode surface film and double layer impedance in
the initial cycle. During cycling, galvanostatic intermittent titration technique (GITT) helps to cal-
culate the Na+ ion diffusion coefficient, which was increased clearly at the working voltages of
Mn3+/Mn4+ and Ni3+/Ni4+ redox couples.
Key words: carbonate-based solvents, CEI layer, P2-Na0.67Mn0.75Ni0.25O2, Sodium-ion battery,
VC
Cite this article : Kha L M, Tuyen H T K, Thịnh P G, Hoang N V, Phung L M L. Synthesis and electrochem-
ical properties of Na0:67Mn0:75Ni0:25O2 in carbonate-based electrolytes. Sci. Tech. Dev. J. - Nat. Sci.; 
24(2):1284-1294.
1294