A Cation and Anion Dual Doping Strategy for the Elevation of Titanium Redox Potential for High‐Power Sodium‐Ion Batteries

氧化还原 离子 阴极 电极 兴奋剂 扩散 相(物质) 热稳定性 材料科学 化学 无机化学 电化学 物理化学 热力学 冶金 光电子学 有机化学 物理
作者
Mingzhe Chen,Jin Xiao,Weibo Hua,Zhe Hu,Wanlin Wang,Qinfen Gu,Yuxin Tang,Shulei Chou,Huan Liu,Shi Xue Dou
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:59 (29): 12076-12083 被引量:95
标识
DOI:10.1002/anie.202003275
摘要

Abstract Titanium‐based polyanions have been intensively investigated for sodium‐ion batteries owing to their superior structural stability and thermal safety. However, their low working potential hindered further applications. Now, a cation and anion dual doping strategy is used to boost the redox potential of Ti‐based cathodes of Na 3 Ti 0.5 V 0.5 (PO 3 ) 3 N as a new cathode material for sodium ion batteries. Both the Ti 3+ /Ti 4+ and V 3+ /V 4+ redox couples are reversibly accessed, leading to two distinctive voltage platforms at ca. 3.3 V and ca. 3.8 V, respectively. The remarkably improved cycling stability (86.3 %, 3000 cycles) can be ascribed to the near‐zero volume strain in this unusual cubic symmetry, which has been demonstrated by in situ synchrotron‐based X‐ray diffraction. First‐principles calculations reveal its well‐interconnected 3D Na diffusion pathways with low energy barriers, and the two‐sodium‐extracted intermediate NaTi 0.5 V 0.5 (PO 3 ) 3 N is also a stable phase according to formation energy calculations.
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