Boosted electrochemical performance of Na3V2(PO4)3 at low temperature through synergistical F substitution and construction of interconnected nitrogen-doped carbonaceous network

材料科学 阴极 电化学 电导率 化学工程 电极 兴奋剂 离子电导率 纳米技术 光电子学 电解质 物理化学 化学 工程类
作者
Jiabao Li,Ziqian Li,Shaocong Tang,Tianyi Wang,Tianyi Wang,Likun Pan,Chengyin Wang
出处
期刊:Journal of Materials Science & Technology [Elsevier BV]
卷期号:150: 159-167 被引量:25
标识
DOI:10.1016/j.jmst.2022.11.048
摘要

Benefitting from its unique NASICON-type framework, the Na3V2(PO4)3 (NVP) cathodes have aroused extensive interest and have been deemed as the promising cathode candidate for sodium-ion batteries (SIBs). Unfortunately, the poor electronic conductivity, combined with the undesirable volume variations, seriously hinders the practical application of NVP cathode, especially at low temperatures. Herein, a dual-strategy, F substitution accompanied by V vacancies and the construction of three-dimensional (3D) nitrogen-doped carbonaceous frameworks (NC), were employed for the NVP cathode (F-NVP/C@3DNC). The former can remarkably decrease the particle size and enhance Na+ migration capability, increasing the ionic conductivity. Meanwhile, the electronic connection and effective buffering can be obtained from the latter, strengthening the electrode integrity. Consequently, up to 100 cycles at 0.1 A g–1, a reversible capacity of 113.8 mAh g–1, approaching the theoretical value (117 mAh g–1), is demonstrated, accompanied by impressive capacity retentions at 1.0 (93.75% after 4800 cycles) and 20.0 A g–1 (92.7% after 1000 cycles). More importantly, even at –20 °C, a superior specific capacity (102.6 mAh g–1 after 100 cycles at 0.1 A g–1) and high capacity retention (86.6% at 20.0 A g–1 up to 1000 cycles) can still be obtained simultaneously. Significantly, the design of F-NVP/C@3DNC provides insights for the fabrication of polyanion cathodes for applications at low temperatures with modified structure stability and reaction kinetics.
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