Anion Substitution Strategy toward an Advanced NASICON-Na4Fe3(PO4)2P2O7 Cathode for Sodium-Ion Batteries

等结构 阴极 材料科学 离子 离子键合 晶体结构 离子电导率 锂(药物) 结晶学 物理化学 化学 电极 电解质 有机化学 医学 内分泌学
作者
Xiaochen Ge,Liang He,Chaohong Guan,Xu Wang,Jie Li,Yanqing Lai,Zhian Zhang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:18 (2): 1714-1723 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsnano.3c10319
摘要

Superior sodium-ion batteries (SIBs) greatly need cathode materials with higher capacity and better durability. Herein, the anion group substitution strategy is proposed to design a cathode material with extraordinary Na+ storage performance, NASICON-Na4Fe3(PO4)1.9(SiO4)0.1P2O7 (NFPP-Si0.1). The experimental and theoretical research revealed that modification in the local structure by anion substitution significantly boosts the ionic/electronic transfer kinetics via optimizing the electronic conductivity and reducing the Na+ diffusion energy barrier. Furthermore, the SiO44– substitution generates a slight expansion of the crystal lattice to broaden the Na+ diffusion channel. Specifically, the custom-designed NFPP-Si0.1 could deliver a high rate capability of 77.6 mAh g–1 at constant 50 C charge–discharge and excellent recyclability of 79.4% retention rate after 7000 cycles at 10 C. Besides, it also possesses outstanding low temperature reversible capacity of 95.5 mAh g–1 at 0.1 C and long-term cyclability of 93.6% capacity retention after 1000 cycles at 5 C in −10 °C. This strategy of heterogeneous and isostructural anion group substitution provides a method for unlocking high-rate and long-life-span mixed polyanionic cathodes.
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