High‐Energy/Power and Low‐Temperature Cathode for Sodium‐Ion Batteries: In Situ XRD Study and Superior Full‐Cell Performance

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作者
Jin‐Zhi Guo,Peng Fei Wang,Xing‐Long Wu,Xiaohua Zhang,Qingyu Yan,Hong Chen,Jingping Zhang,Yu‐Guo Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:29 (33) 被引量:338
标识
DOI:10.1002/adma.201701968
摘要

Sodium-ion batteries (SIBs) are still confronted with several major challenges, including low energy and power densities, short-term cycle life, and poor low-temperature performance, which severely hinder their practical applications. Here, a high-voltage cathode composed of Na3 V2 (PO4 )2 O2 F nano-tetraprisms (NVPF-NTP) is proposed to enhance the energy density of SIBs. The prepared NVPF-NTP exhibits two high working plateaux at about 4.01 and 3.60 V versus the Na+ /Na with a specific capacity of 127.8 mA h g-1 . The energy density of NVPF-NTP reaches up to 486 W h kg-1 , which is higher than the majority of other cathode materials previously reported for SIBs. Moreover, due to the low strain (≈2.56% volumetric variation) and superior Na transport kinetics in Na intercalation/extraction processes, as demonstrated by in situ X-ray diffraction, galvanostatic intermittent titration technique, and cyclic voltammetry at varied scan rates, the NVPF-NTP shows long-term cycle life, superior low-temperature performance, and outstanding high-rate capabilities. The comparison of Ragone plots further discloses that NVPF-NTP presents the best power performance among the state-of-the-art cathode materials for SIBs. More importantly, when coupled with an Sb-based anode, the fabricated sodium-ion full-cells also exhibit excellent rate and cycling performances, thus providing a preview of their practical application.
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