Double-pinning effect assisting Na4VMn(PO4)3 with superior structural and electrochemical stabilization for sodium-ion batteries

材料科学 扩散 电化学 快离子导体 结构稳定性 离子 扩散阻挡层 化学工程 电极 纳米技术 电解质 热力学 物理化学 化学 物理 结构工程 有机化学 图层(电子) 工程类
作者
Jingwen Zhao,Weitao Yan,Shijia Li,Shijia Li,Shiyu Li,Shiyu Li,Weihua Wang,Ying Bai
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:119: 109002-109002 被引量:57
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2023.109002
摘要

The Na superionic conductor of (NASICON)-type Na4VMn(PO4)3 (NVMP) with a three-dimensional framework and high operating voltage has been extensively investigated for sodium-ion batteries (SIBs). However, unexpected Jahn-Teller effect and sluggish Na+ diffusion kinetics inevitably lead to rapid capacity fade and unfavorable structural distortion. Herein, the double-pinning effect of Al/F co-doping was adopted for the NVMP system to enhance structural stability and facilitate Na+ diffusion. The as-synthesized NVMP-Al&F presents a highly reversible capacity of 110 mAh g−1 at 0.1 C, accompanied with a long-term lifespan of 1000 cycles at 5 C (capacity retention of 86.1 %). Moreover, in situ X-ray diffraction affirms the reversible structural evolution and small volume variation (∼4.43 %) during the highly reversible sodiation/desodiation processes. Benefiting from the double-pinning effect, the lowered Na+ migration barrier effectively facilitates Na+ diffusion and increases to higher reversible capacity by combining theoretical calculation and kinetic analysis. The assembled NVMP-Al&F//hard carbon (HC) full cell manifests a high energy density of 353.9 Wh kg−1 and excellent cycling durability of 91.3 % at 1 C after 100 cycles. This work sheds light on the double-pinning as a novel strategy to boost the cycling stability of high-performance NASICON-type cathodes.
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