Sodium iron sulfate cathodes with ultra-long cycle-life and high safety for sodium-ion batteries

材料科学 阴极 硫酸盐 离子 硫酸钠 无机化学 冶金 化学 有机化学 物理化学
作者
Zhilin Zheng,Yong Wang,Yunlong Zhang,Xiaoqiao Li,Yixiao Zhang,Yu‐Shi He,Haiying Che,Linsen Li,Zi‐Feng Ma
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:128: 109907-109907
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109907
摘要

The development of low-cost and high-safety cathode materials is critically important to sodium-ion battery (Na-ion) research. Here we report a carbon nanotube (CNT)-percolating Na2Fe(SO4)2 cathode (NFS-CNT) prepared via a rationally designed mechano-chemical method. The material synthesis mechanism is elucidated for the first time by in situ X-ray diffraction and thermogravimetric analysis. It is discovered that Na2Fe(SO4)·4H2O is formed as an intermediate phase during the mechano-chemical process, which is dehydrated to produce the Na2Fe(SO4)2 cathode material upon a mild thermal treatment. The NFS-CNT composite cathode achieves an ultra-long cycle-life of over 13,000 cycles at 10 C at room temperature and over 6000 cycles at 55 °C, demonstrating its exceptional durability. The superior cycling performance is attributed to the small lattice change during Na-ion extraction/insertion and the percolating CNT network. Furthermore, the NFS/CNT cathode exhibits stable cycle performance in Na-ion full cells (93.4 % retention after 700 cycles) and a significantly lower heat release (∼ 229.2 J g−1) at the fully charged state compared to a wide range of Na-ion and Li-ion cathodes. materials. demonstrating its high thermal stability and safety. This work provides a promising path towards developing low-cost, high-performance Na-ion batteries.
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