Phase Purification and Crystallology Engineering Enable Fast‐Charging Na5Fe2.9Ni0.1(PO4)2(P2O7) Cathode for Wide‐Temperature Sodium‐Ion Batteries

阴极 材料科学 离域电子 杂质 电导率 离子 电子结构 纳米技术 分析化学(期刊) 化学 物理化学 计算化学 色谱法 有机化学
作者
Yang Xu,Ziwei Liu,Lingfeng Shi,Guangxiang Zhang,Jilong Liu,Hua Huo,Bin Qu,Shuaifeng Lou,Lingling Zhang,Yulin Ma
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202504863
摘要

Abstract Na 4 Fe 3 (PO 4 ) 2 (P 2 O 7 ) (NFPP) holds considerable promise among sodium‐ion batteries (SIBs) cathodes benefit from non‐toxicity and structural stability. However, the concomitant inactive NaFePO 4 impurities (NFP) and low intrinsic electronic conductivity hinder the practical application, especially for fast‐charging and wide‐temperature utilization. Herein, a novel NFP absent phase‐purified Na 5 Fe 2.9 Ni 0.1 (PO 4 ) 2 (P 2 O 7 ) (N 5 FNPP) with high electronic conductivity and low Na + diffusion barrier is successfully developed through Na enrichment and Ni introducing. The incorporated strategy aiming at hybrid orbital diversification (Ni─O) and spin‐state transition (Fe 3d) is predicted by DFT calculation to narrow the band gap, as well as the structural framework stabilizing and Na + diffusion accelerating, induced by lattice tuning and electronic delocalization. Benefiting from the original coupling designs, the N 5 FNPP cathode exhibits an excellent discharging capacity (112.9 mAh g⁻¹ at 0.1 C), and outstanding fast‐charging performance (87.1 mAh g⁻¹ at 10 C, 95% for 2000 cycles). Particularly, it exhibits excellent applicability in a wide temperature range of −30–60 °C. This work sheds light on the comprehensive consideration of electron tuning, lattice adjustment, and phase purification on advanced polyanion phosphate cathode construction, as well as provides a guideline for fabricating other advanced cathodes and fast‐charging, wide‐temperature SIBs.
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