Multivalent Cation Incorporated into Manganese‐Iron Based NASICON Cathodes for High Voltage Sodium‐Ion Batteries

材料科学 快离子导体 阴极 离子 储能 格子(音乐) 晶体结构 离子半径 晶格能 电极 结晶学 冶金 电解质 热力学 物理化学 有机化学 化学 功率(物理) 物理 声学
作者
Jingyao Zeng,Jinqiang Gao,Weishun Jian,Haoji Wang,Wenyuan Li,Ningyun Hong,Baichao Zhang,Jiangnan Huang,Song Bai,Chaolun Gan,Sedat Yaşar,Wentao Deng,Guoqiang Zou,Hongshuai Hou,Xiaobo Ji
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (52) 被引量:25
标识
DOI:10.1002/adfm.202410992
摘要

Abstract Na 4 Mn 1.5 Fe 1.5 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 (NMFPP), with its low cost and high energy density, is essential for accelerating the commercialization of sodium‐ion batteries. However, its practical application is limited by serious voltage hysteresis and detrimental Jahn‐Teller distortions. Herein, a high operating voltage and superior stable Nb‐doped NMFPP with fewer intrinsic anti‐site defects are elaborately designed by the reconstruction of the crystal lattice and electronic distribution. By introducing higher charge density Nb─O bonds, the lengths of Mn‐O bonds are shortened, enhancing lattice stability. As a result, the lattice volume contracted during Na + extraction/insertion is decreased with niobium‐modified Na 4 (Mn 0.5 Fe 0.5 ) 2.94 Nb 0.06 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 , mitigating lattice distortion from the Jahn‐Teller effect and increasing the capacity retention after 1000 cycles from 57.5% to 82.3%. More importantly, the delayed effect of Mn 2+ involvement in redox reactions is significantly reduced, raising the average operating voltage from 3.32 to 3.64 V and increasing the overall energy density by 13%. This study opens new avenues to develop advanced sodium‐ion battery cathode materials with high energy density and long calendar life for energy storage.
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