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Atomic‐Level Dual‐Cation Engineering Enables High‐Performance Na 4 VMn(PO 4 ) 3 Cathodes for Sodium‐Ion Batteries

材料科学 离子 阴极 纳米技术 氧化还原 导线 兴奋剂 格子(音乐) 离子键合 阳极 导电体 多孔性 极化(电化学) 电化学 衍射 储能 电极 化学工程 光电子学 工程物理 数码产品 电子传输链 应变工程 离子电导率 快离子导体 电子
作者
Jiaze Sun,Xiao Hu,Xianhe Meng,Nengjun Yu,Qiaoling Kang,Lijing Yan,Meiqiang Fan,Chubin Wan,Tingli Ma
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (19)
标识
DOI:10.1002/adfm.202522761
摘要

Abstract Na Super Ionic Conductor (NASICON)‐type Na 4 VMn(PO 4 ) 3 (NVMP) is a promising cathode for sodium‐ion batteries (SIBs) but suffers from sluggish Na‐ion transport and capacity fading. Here, we propose a site‐selective dual‐cation engineering strategy in which Li + and K + are respectively introduced into Na2 and Na1 sites to synergistically suppress Jahn‐Teller distortion, reinforce the framework, and expand Na‐ion diffusion channels. Structural characterizations and ex‐situ X‐ray Diffraction (XRD) confirm that the co‐doped materials maintain reversible lattice evolution throughout prolonged cycling. The engineered hierarchical porous architecture further facilitates rapid Na‐ion transport by constructing interconnected ion–electron pathways. Electronic structure analyses demonstrate that dual‐cation doping buffers lattice strain and stabilizes V 3+ /V 4+ redox centers, minimizing polarization and enabling quasi‐single‐phase redox behavior at high rates. The optimized Li 0.08 K 0.02 ‐NVMP exhibits exceptional cycling stability, retaining 95.36% of its capacity after 1,000 cycles at 10 C and 89.35% after 10 000 cycles at 20 C. Remarkably, Li 0.02 K 0.08 ‐NVMP achieves an initial capacity of 158.8 mAh g −1 at 1 C and maintains 132.7 mAh g −1 at 20 C, demonstrating outstanding rate capability and durability. These results establish a generalizable strategy for constructing high‐performance NASICON cathodes via atomic‐level lattice and electronic regulation for advanced sodium‐ion batteries.
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