Solid-State Synthesis of Na4Fe3(PO4)2P2O7/C by Ti-Doping with Promoted Structural Reversibility for Long-Cycling Sodium-Ion Batteries

材料科学 兴奋剂 固态 物理化学 分析化学(期刊) 色谱法 光电子学 化学
作者
Yang Han,Xuejie Wang,Wenxue Yan,A. L. Buzlukov,Pei Hu,Liuyang Zhang,Jiaguo Yu,Ziyi Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (27): 35114-35122 被引量:38
标识
DOI:10.1021/acsami.4c05943
摘要

The cathode material Na4Fe3(PO4)2P2O7 (NFPP) has shown great potential for sodium-ion batteries (SIBs) due to its cost-effectiveness, prolonged cycle life, and high theoretical capacity. However, the practical large-scale production of NFPP is hindered by its poor intrinsic electron conductivity and the presence of a NaFePO4 impurity. In this study, we propose a mutually reinforcing approach involving Ti doping, mechanical nano treatment, and in situ carbon coating to produce Ti-NFPP via the solid-state methods of synthesis. Ti doping strengthens the covalent Fe-O interaction, hence accelerating the electron transfer and the redox reactions Fe2+/Fe3+. In situ carbon coating improves electrical conductivity and allows for accommodating the volumetric variation. Nanosized treatment promotes the uniform progression of solid-state reactions. The synthesized Na4Fe2.98Ti0.01(PO4)2P2O7 material (Ti-NFPP) exhibits promising electrochemical properties with an initial discharge specific capacity of 112.5 mA h g-1 at 0.1 C. A volumetric change of only 2.98% was observed during the de/sodiation process, indicating an enhanced reversibility of the crystal lattice. Moreover, it demonstrates exceptional cycling stability with a capacity retention rate of 97.2 mA h g-1 at 10 C over 5000 cycles. These findings offer a promising pathway for the large-scale production of Ti-NFPP in SIBs.
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