Sol-gel synthesis of Na4Fe3(PO4)2(P2O7)/C nanocomposite for sodium ion batteries and new insights into microstructural evolution during sodium extraction

纳米复合材料 萃取(化学) 材料科学 化学工程 离子 磷酸盐 化学 冶金 纳米技术 色谱法 工程类 有机化学
作者
Xuehang Wu,Guiming Zhong,Yong Yang
出处
期刊:Journal of Power Sources [Elsevier BV]
卷期号:327: 666-674 被引量:142
标识
DOI:10.1016/j.jpowsour.2016.07.061
摘要

A mixed polyanionic Na4Fe3(PO4)2(P2O7)/C nanocomposite is synthesized via a sol-gel route. The phosphate raw material is transformed to the mixed phosphate-pyrophosphate with high phase purity via a self-condensation reaction at 500 °C. Na4Fe3(PO4)2(P2O7)/C can deliver an initial capacity of 110 mAh g−1 at 0.05C with the average discharge voltage approaching 3.1 V. The nanocomposite shows excellent rate capability because of the presence of an in-situ formed 3-D network of carbon. At 10 C rate, the nanocomposite delivers a discharge capacity of 78 mAh g−1 at 25 mAh °C and 82 mAh g−1 at 55 °C. The nanocomposite has a good long-term cycling stability, retaining 89% of the initial discharge capacity after 300 cycles. In-situ XRD results demonstrate that the sodium insertion/extraction process in Na4Fe3(PO4)2(P2O7) is an imperfect solid-solution reaction with an obvious local lattice distortion instead of an ideal solid-solution reaction. Using a solid-state NMR technique, it is further found that the sodium extraction from the Na1, Na3, and Na4 sites causes an obvious change in local structure. However, the local structure of Na2 remains unchanged, which may aid the stability of the host structure.
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