Synergistically Boosted Na+ Migration and Deep Desodiation Stability of NASICON Cathode via High Entropy Regulation

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作者
Tao Long,Ruotong Li,Xueling Kong,Feng Bin,Kairong Wang,Yulei Wang,Can Chen,Yaping Wang,Qinqin Yu,Meng Wu,Yuan‐Li Ding
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (7): e2410456-e2410456 被引量:16
标识
DOI:10.1002/smll.202410456
摘要

Abstract Mn‐containing sodium superionic conductor (NASICON) compounds have shown considerable potential as cathode for sodium‐ion batteries (SIBs) owing to higher working voltage (V 5+ /V 4+ : 3.9 V), lower cost, and lower toxicity compared to full vanadium‐based NASICON Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 . Taking Na 3.3 V 1.7 Mn 0.3 (PO 4 ) 3 (NVMP) as an example, its practical application is still restricted by poor electronic conductivity, sluggish intrinsic Na + diffusion, and poor high‐voltage stability. In this work, a high entropy strategy is proposed to develop Na 3.3 V 1.613 Mn 0.3 (Cr, Fe, Co, Ni, Zr) 0.1 (PO 4 ) 3 (HE‐NVMP) cathode for not only enabling more and rapid Na + migration but also significantly improving deep desodiation stability. Based on theoretical calculations and experimental findings, such high entropy modification can efficiently alter the coordination environments of both V/Mn and Na sites for reducing Na + diffusion energy barrier, increasing the occupancy of Na + at Na(2) sites, and consolidating the structure stability. Thus, the obtained HE‐NVMP delivers superior high‐rate capability (91.7 mAh g −1 ) up to 50 C and excellent cycling performance (capacity retention: 81.2%) after 10 000 cycles at 20 C at the cutoff voltage of 4.1 V. More importantly, such cathode also exhibits superior sodium storage properties at a higher cutoff voltage (4.5 V) with electrochemical polarization with 75% reduction at 1 C and higher capacity retention of 80.3% after 2000 cycles at 20 C compared to pristine counterpart, indicating a great potential for practical rechargeable batteries with excellent overcharge resistance capability.
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