A facile strategy for developing uniform hierarchical Na3V2(PO4)2F3@carbonized polyacrylonitrile multi-clustered hollow microspheres for high-energy-density sodium-ion batteries

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作者
Kang Liang,Shijie Wang,Hongshun Zhao,Xiaobing Huang,Yurong Ren,Zhenjiang He,Jing Mao,Junchao Zheng
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:428: 131780-131780 被引量:58
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.131780
摘要

Na superionic conductor structured Na3V2(PO4)2F3 (NVPF) has received considerable attention as a cathode material for sodium-ion batteries because of its higher energy density and three-dimensional open structure for Na+ diffusion channels. However, its insulating structure [PO4] results in significantly inferior conductivity, which severely limits the electrochemical performance of NVPF. In this study, uniform carbonized polyacrylonitrile-coated hierarchical Na3V2(PO4)2F3 multi-clustered hollow microspheres ([email protected]) were synthesized via a facile ethylene glycol-assisted hydrothermal approach, followed by a wet chemical method and heat treatment. Further, the possible formation mechanism of hierarchical Na3V2(PO4)2F3 multi-clustered hollow microspheres was investigated. The concentration of ethylene glycol and hydrothermal reaction time were found to play essential roles in the formation mechanism of the microspheres. The as-prepared [email protected] delivered a high discharge capacity of 116.2 mAh g−1 at 0.2C and impressive cycling stability of 85% at 5C after 2000 cycles. When assembled as [email protected]||commercial hard carbon ([email protected]||CHC) for sodium-ion full cells, which demonstrates a specific capacity of 107 mAh g−1 at 0.2C, thus achieving an energy density of 376.4 Wh kg−1 at a power density of 141 W kg−1. These results can be attributed to the structural regulation of multi-level clusters, which improved the Na+ diffusion rate and carbon coating strategy. Such a combination of structural regulation and carbon-coating strategy can provide a strategy to synthesize materials with multi-level clusters of hollow microspheres to increase the electronic conductivity and enhance the electrochemical performance of energy-storage devices.
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