Surface Crystal Modification of Na3V2(PO4)3 to Cast Intermediate Na2V2(PO4)3 Phase toward High‐Rate Sodium Storage

材料科学 矿物学 Crystal(编程语言) 结晶学 化学 计算机科学 程序设计语言
作者
Hui Zhang,Lei Wang,Linlin Ma,Yahui Liu,Baoxiu Hou,Ningzhao Shang,Shuaihua Zhang,Jianjun Song,Shuangqiang Chen,Xiaoxian Zhao
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:11 (3): e2306168-e2306168 被引量:54
标识
DOI:10.1002/advs.202306168
摘要

The two-phase reaction of Na3 V2 (PO4 )3 - Na1 V2 (PO4 )3 in Na3 V2 (PO4 )3 (NVP) is hindered by low electronic and ionic conductivity. To address this problem, a surface-N-doped NVP encapsulating by N-doped carbon nanocage (N-NVP/N-CN) is rationally constructed, wherein the nitrogen is doped in both the surface crystal structure of NVP and carbon layer. The surface crystal modification decreases the energy barrier of Na+ diffusion from bulk to electrolyte, enhances intrinsic electronic conductivity, and releases lattice stress. Meanwhile, the porous architecture provides more active sites for redox reactions and shortens the diffusion path of ion. Furthermore, the new interphase of Na2 V2 (PO4 )3 is detected by in situ XRD and clarified by density functional theory (DFT) calculation with a lower energy barrier during the fast reversible electrochemical three-phase reaction of Na3 V2 (PO4 )3 - Na2 V2 (PO4 )3 - Na1 V2 (PO4 )3 . Therefore, as cathode of sodium-ion battery, the N-NVP/N-CN exhibited specific capacities of 119.7 and 75.3 mAh g-1 at 1 C and even 200 C. Amazingly, high capacities of 89.0, 86.2, and 84.6 mAh g-1 are achieved after overlong 10000 cycles at 20, 40, and 50 C, respectively. This approach provides a new idea for surface crystal modification to cast intermediate Na2 V2 (PO4 )3 phase for achieving excellent cycling stability and rate capability.
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