Demystifying In Situ Pyrolysis Chemistry for High-Performance Polyanionic Cathodes in Sodium-Ion Batteries

阴极 热解 碳纤维 材料科学 涂层 化学工程 纳米技术 化学 复合数 复合材料 工程类 物理化学
作者
Yujin Li,Yu Mei,Yujie Huang,Xue Zhong,Zhenglei Geng,Zidong He,Hanrui Ding,Wentao Deng,Guoqiang Zou,Tongchao Liu,Xiaobo Ji,Khalil Amine,Hongshuai Hou
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (36): 25053-25068 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c06571
摘要

The carbon coating strategy has emerged as an indispensable approach to improve the conductivity of polyanionic cathodes. However, owing to the complex reaction process between precursors of carbon and cathode, establishing a unified screening principle for carbonaceous precursors remains a technical challenge. Herein, we reveal that carbonaceous precursor pyrolysis chemistry undeniably influences the formation process and performance of Na3V2(PO4)3 (NVP) cathodes from in situ insights. By investigating three types of carbonaceous precursors, it is found that O/H-containing functional groups can provide more bonding sites for cathode precursors and generate a reducing atmosphere by pyrolysis, which is beneficial to the formation of polyanionic materials and a uniform carbon coating layer. Conversely, excessive pyrolysis of functional groups leads to a significant amount of gas, which is detrimental to the compactness of the carbon layer. Furthermore, the substantial presence of residual heteroatoms diminishes graphitization. In this case, it is demonstrated that carbon dots (CDs) precursors with suitable functional groups can comprehensively enhance the Na+ migration rate, reversibility, and interface stability of the cathode material. As a result, the NVP/CDs cathode displays outstanding capacity retention, maintaining 92% after 10,000 cycles at a high rate of 50 C. Altogether, these findings provide a valuable benchmark for carbon source selection for polyanionic cathodes.
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