Mn‐Doped‐Iron Sulfide as Long‐Term Stability Anode for High‐Performance Sodium‐Ion Batteries at Wide Temperature and High‐Rate Conditions

材料科学 阳极 多硫化物 兴奋剂 石墨烯 硫化物 退火(玻璃) 氧化物 离子 复合数 电导率 导电体 储能 化学工程 硫化 离子电导率 溶剂热合成 离子键合 阴极 结构稳定性 纳米技术 体积膨胀 扩散
作者
Y. Ye,Si‐Heng Liu,Wenqi Lv,Dingrong Deng,Guifang Li,Ye Zeng,Jiaxi Song,Hai Huang,Shuang‐Lin Cai,Yu‐Han Yuan,Xiao‐Hong Fan,Jian‐Chun Weng,Qi‐Hui Wu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (18) 被引量:9
标识
DOI:10.1002/adfm.202519847
摘要

Abstract Iron‐based sulfides are promising anode materials for sodium‐ion batteries (SIBs) due to high theoretical capacities, but their short cycle life—caused by volume expansion and polysulfide shuttle effect—limits wide‐temperature applications. To solve this, a novel three‐dimensional MFS@rGO composite anode was prepared via one‐step solvothermal method followed by annealing sulfurization, composed of Mn‐doped Fe 7 S 8 (MFS) embedded in nitrogen‐doped reduced graphene oxide (N‐doped rGO). Mn doping enlarges Fe 7 S 8 lattice spacing, reducing Na⁺ diffusion resistance to boost ionic conductivity and Na storage. DFT calculations confirm Mn increases Fermi‐level electronic density, lowers Na⁺ migration energy barrier, and accelerates ion transport. N‐doped rGO builds a stable conductive network and synergizes with Mn to suppress shuttle effect and alleviate volume expansion, enhancing structural stability. Benefiting from this synergy, MFS@rGO performs well at −40–60 °C: 282.71 mAh g −1 after cycling at −40 °C, 310 mAh g −1 over 500 cycles at −20 °C, 450 mAh g −1 over 1000 cycles (60 °C, 2 A g −1 ). At room temperature, it retains 407.09 mAh g −1 ; over 100 cycles (1 A g −1 ); even at 50 A g −1 , it maintains 206.14 mAh g −1 over 100,000 cycles with negligible degradation. It also works well in full cells, offering a strategy for high‐performance SIBs under extreme conditions.
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