V Doping in NASICON‐Structured Na3MnTi(PO4)3 Enables High‐Energy and Stable Sodium Storage

材料科学 阴极 快离子导体 氧化还原 储能 兴奋剂 分析化学(期刊) 电极 电解质 物理化学 光电子学 热力学 冶金 化学 有机化学 物理 功率(物理)
作者
Ping Hu,Congcong Cai,Xinyuan Li,Zihe Wei,Mengyao Wang,Changliang Chen,Ting Zhu,Liqiang Mai,Liang Zhou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (5) 被引量:22
标识
DOI:10.1002/adfm.202302045
摘要

Abstract NASICON‐structured Na 3 MnTi(PO 4 ) 3 represents an appealing cathode for sodium storage. However, the low potential from Ti 3+ / 4+ redox pair (≈2.1 V versus Na + /Na), undesirable rate capability, and unfavorable cyclability have inhibited its practical application. Herein, this study designs a Na 3.1 MnTi 0.9 V 0.1 (PO 4 ) 3 (NMTVP) cathode material by doping V into the Na 3 MnTi(PO 4 ) 3 . The V substitution not only increases the medium discharge voltage, but also increases the capacity. The as‐prepared NMTVP demonstrates a four‐step redox reaction from the redox couples of V 5+/4+ (≈4.1 V), Mn 4+/3+ (≈4.0 V), Mn 3+/2+ (≈3.6 V), and V 4+/3+ (3.4 V). The NMTVP delivers a high capacity (118.5 mAh g −1 at 0.1 C), a high medium discharge voltage (3.53 V), a decent energy density (422 Wh kg −1 ), and an ideal cyclability (86% retention after 4500 cycles at 5 C). In situ X‐ray diffraction (XRD) uncovers the reversible structural evolution between Na 3.1 MnTi 0.9 V 0.1 (PO 4 ) 3 and Na 0.9 MnTi 0.9 V 0.1 (PO 4 ) 3 phases. The assembled NMTVP//hard carbon (HC) full cell also delivers a high capacity, a high operating voltage, and a good cyclability. This contribution offers new insights into the design of high‐energy NASICON‐structured cathode materials.
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