Ultrafast Charge‐Discharge Capable and Long‐Life Na3.9Mn0.95Zr0.05V(PO4)3/C Cathode Material for Advanced Sodium‐Ion Batteries

材料科学 阴极 电导率 离子 分析化学(期刊) 格子(音乐) 电阻率和电导率 电子结构 晶体结构 结晶学 物理化学 化学 计算化学 电气工程 物理 有机化学 工程类 色谱法 声学
作者
Zhuangzhou Wang,Guijia Cui,Qinfeng Zheng,Xiangyu Ren,Qingheng Yang,Siqi Yuan,Xu Bao,Chaojiu Shu,Yixiao Zhang,Linsen Li,Yu‐Shi He,Liwei Chen,Zi‐Feng Ma,Xiao‐Zhen Liao
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (17) 被引量:29
标识
DOI:10.1002/smll.202206987
摘要

Na4 MnV(PO4 )3 /C (NMVP) has been considered an attractive cathode for sodium-ion batteries with higher working voltage and lower cost than Na3 V2 (PO4 )3 /C. However, the poor intrinsic electronic conductivity and Jahn-Teller distortion caused by Mn3+ inhibit its practical application. In this work, the remarkable effects of Zr-substitution on prompting electronic and Na-ion conductivity and also structural stabilization are reported. The optimized Na3.9 Mn0.95 Zr0.05 V(PO4 )3 /C sample shows ultrafast charge-discharge capability with discharge capacities of 108.8, 103.1, 99.1, and 88.0 mAh g-1 at 0.2, 1, 20, and 50 C, respectively, which is the best result for cation substituted NMVP samples reported so far. This sample also shows excellent cycling stability with a capacity retention of 81.2% at 1 C after 500 cycles. XRD analyses confirm the introduction of Zr into the lattice structure which expands the lattice volume and facilitates the Na+ diffusion. First-principle calculation indicates that Zr modification reduces the band gap energy and leads to increased electronic conductivity. In situ XRD analyses confirm the same structure evolution mechanism of the Zr-modified sample as pristine NMVP, however the strong ZrO bond obviously stabilizes the structure framework that ensures long-term cycling stability.
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