Boosting cycling stability through Al(PO3)3 loading in a Na4MnV(PO4)3/C cathode for high-performance sodium-ion batteries

电解质 电化学 阴极 材料科学 化学工程 离子电导率 溶解 电导率 钠离子电池 法拉第效率 离子 电极 化学 有机化学 物理化学 工程类
作者
Kun Wang,Xiaobing Huang,Chucheng Luo,Youming Shen,Haiyan Wang,Tao Zhou
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier]
卷期号:642: 705-713 被引量:22
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2023.04.006
摘要

Mn-based NASICON-type Na4MnV(PO4)3 (NMVP) has been widely investigated as one of the most promising alternatives to Na3V2(PO4)3 cathodes for sodium-ion batteries (SIBs) due to its higher energy density, higher abundance, and lower cost and toxicity compared to V. However, electrochemical performance for large-scale applications is limited by NMVP's inferior conductivity and structural degradation during cycling. Herein, a facile strategy to modify the surface/interphase properties of NMVP/C was reported using the thermally stable Al(PO3)3 precursor with a wet process followed by heat treatment to enhance the interface stability of electrodes. The nanomodified layer has the benefits of an ionic conductor (slight NaPO3) and robust composite (Al(PO3)3), which can facilitate the stability of Mn-based cathode materials and ionic conductivity. These merits endow 1 wt% Al(PO3)3-loaded NMVP/C cathodes with a high rate performance (102/61 mAh g-1 at 0.2/50 C) and impressive cyclability (88.5%/89.7% at 5 C/10 C after 3000/4000 cycles) in Na-ion batteries at 2.5-3.8 V. Moreover, when the cutoff voltage is raised to 4 V, improved electrochemical properties (111.6/50.8 mAh g-1 at 0.2/10 C and 71.4% after 1000 cycles at 5 C) are also realized. Such an enhancement indicates that facial surface modification engineering limits organic electrolyte erosion, inhibits transition metal dissolution and suppresses surface lattice degradation, which is confirmed by ex situ X-ray diffractometry and transmission electron microscopy. Therefore, the Al(PO3)3 surface modification strategy combined with mechanism analysis can provide a possible reference for advanced electrochemical properties in energy storage devices.
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