Unveiling the Key Factors: Mn/Fe Ratio, Distribution Homogeneity, and Electronic Conductivity of Na4MnxFe3‐x(PO4)2P2O7 for Practical Sodium‐Ion Batteries

材料科学 同质性(统计学) 电导率 电阻率和电导率 电子结构 结晶学 分析化学(期刊) 凝聚态物理 物理化学 物理 统计 化学 数学 色谱法 量子力学
作者
Xu Bao,Yong Wang,Guokang Chen,Nannan Qin,Xuan Wang,Yijing He,Yuke Shen,Liwei Chen,Yixiao Zhang,Guijia Cui,Zi‐Feng Ma,Xiao‐Zhen Liao
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202506242
摘要

Abstract High Mn content Na 4 Mn x Fe 3‐x (PO 4 ) 2 P 2 O 7 materials are attractive cathodes for sodium‐ion batteries with a higher operating voltage than that of Na 4 Fe 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 . However, the poor intrinsic electronic conductivity and the Jahn–Teller distortion caused by Mn 3+ still make it difficult to obtain satisfactory Na 4 Mn x Fe 3‐x (PO 4 ) 2 P 2 O 7 up to now. In this work, Na 4 Mn x Fe 3‐x (PO 4 ) 2 P 2 O 7 /C‐CNT is successfully synthesized with a uniformly distributed Mn/Fe structure using Mn/Fe oxalate coprecipitates as precursors. The Na 4 Mn 1.7 Fe 1.3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 /C‐CNT sample with optimal Mn/Fe ratio and enhanced electronic conductivity exhibits a high mid‐discharge voltage of 3.70 V versus Na/Na + with a reversible capacity of 111 mAh g −1 at 0.05C, and also excellent rate capability (89.4 mAh g −1 at 20C) and superior cycling stability (90.4% capacity retention after 1000 cycles at 0.5C). An appropriate Mn/Fe ratio and uniform Mn/Fe distribution in the Na 4 Mn 1.7 Fe 1.3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 structure are critical to suppress the Jahn–Teller distortion of Mn 3+ . DFT calculation indicates the necessity of improving its electronic conductivity compared to that of conventional Na 4 Fe 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 . This work opens up valuable insights and strategies to design novel Na 4 Mn x Fe 3‐x (PO 4 ) 2 P 2 O 7 cathodes for practical sodium‐ion batteries.
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