Plasma‐Tailored Bulk‐Interface‐Surface Trinity Engineering of Iron‐Based Mixed Phosphate Cathodes for Advanced Sodium Ion Batteries

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作者
Yue Wang,Xi Zhang,Tianqi Yang,Jiayuan Xiang,Haijun Yang,Long Wang,Tengfei Zhang,Shenghui Shen,Zhong Qiu,Guoxiang Pan,Yongqi Zhang,Yongqi Zhang,Fangfang Tu,Yuanyuan Jiang,Yuhong Zhang,Yuhong Zhang,Wei Gong,Yang Xia,Jun Zhang,W K Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (28): e73107-e73107
标识
DOI:10.1002/adma.73107
摘要

ABSTRACT Iron‐based mixed phosphate Na 4 Fe 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 (NFPP) is one of the most promising cathodes for sodium‐ion batteries due to its good rate capability and long lifespan, while its practical application is hindered by sluggish ionic/electronic kinetics and interfacial instability. Herein, we report a novel solid‐source ammonium fluoride (NH 4 F) plasma‐driven synergistic “Trinity” engineering strategy to realize simultaneous reconstruction of NFPP cathodes in bulk, interface, and surface architectures. Mechanistic investigations reveal that the coupling reactions between the NH 4 F plasma and NFPP lattice/surface trigger simultaneous bulk F‐substitution and F/N interface doping as well as surface reconstruction. Specifically, the bulk F − substitution strengthens Fe─O bonding and widens Na + channels. Concurrently, plasma‐generated radicals promote the formation of F/N co‐doped carbon network and NaF at the interface, while also promoting the development of a NaF‐rich cathode electrolyte interphase at the surface via modulating the NFPP/electrolyte status. This trinity engineering establishes fast transport pathways and a stable cathode electrolyte interface, effectively minimizing charge transfer impedance while suppressing deleterious side reactions. Consequently, the optimized cell exhibits high capacity and superior high‐rate cycling life with 95.5% retention after 6000 cycles at 30 C. The developed plasma‐driven approach offers mechanistic insights for the synergistic optimization of polyanionic cathodes for advanced sodium ion storage.
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