A Family of High‐Performance Cathode Materials for Na‐ion Batteries, Na3(VO1−xPO4)2 F1+2x (0 ≤ x ≤ 1): Combined First‐Principles and Experimental Study

阴极 电化学 材料科学 插层(化学) 氧化还原 离子 分析化学(期刊) 电极 无机化学 物理化学 化学 色谱法 有机化学 冶金
作者
Young‐Uk Park,Dong‐Hwa Seo,Hyungsub Kim,Jongsoon Kim,Seongsu Lee,Byoungkook Kim,Kisuk Kang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:24 (29): 4603-4614 被引量:333
标识
DOI:10.1002/adfm.201400561
摘要

Room‐temperature Na‐ion batteries (NIBs) have recently attracted attention as potential alternatives to current Li‐ion batteries (LIBs). The natural abundance of sodium and the similarity between the electrochemical properties of NIBs and LIBs make NIBs well suited for applications requiring low cost and long‐term reliability. Here, the first successful synthesis of a series of Na 3 (VO 1− x PO 4 ) 2 F 1+2 x (0 ≤ x ≤ 1) compounds as a new family of high‐performance cathode materials for NIBs is reported. The Na 3 (VO 1− x PO 4 ) 2 F 1+2 x series can function as high‐performance cathodes for NIBs with high energy density and good cycle life, although the redox mechanism varies depending on the composition. The combined first‐principles calculations and experimental analysis reveal the detailed structural and electrochemical mechanisms of the various compositions in solid solutions of Na 3 (VOPO 4 ) 2 F and Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 F 3 . The comparative data for the Na y (VO 1− x PO 4 ) 2 F 1+2 x electrodes show a clear relationship among V 3+ /V 4+ /V 5+ redox reactions, Na + −Na + interactions, and Na + intercalation mechanisms in NIBs. The new family of high‐energy cathode materials reported here is expected to spur the development of low‐cost, high‐performance NIBs.
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