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Boron‐Doping Induced Electron Delocalization in Fluorophosphate Cathode: Enhanced Na‐Ion Diffusivity and Sodium‐Ion Full Cell Performance

热扩散率 阴极 材料科学 离域电子 兴奋剂 离子 钠离子电池 电子 电化学 无机化学 化学 物理化学 光电子学 电极 有机化学 冶金 量子力学 物理 法拉第效率
作者
Hong Yu,Yan Gao,Hongbo Jing,Jinjin Wang,Qinghua Liang,Jinzhao Kang,Xiaomei Wang,Weihong Qi,Cheng‐Feng Du
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (39) 被引量:16
标识
DOI:10.1002/smll.202302097
摘要

Na3 V2 (PO4 )2 O2 F (NVPOF) is widely accepted as advanced cathode material for sodium-ion batteries with high application prospects ascribing to its considerable specific capacity and high working voltage. However, challenges in the full realization of its theoretical potential lie in the novel structural design to accelerate its Na+ diffusivity. Herein, considering the important role of polyanion groups in constituting Na+ diffusion tunnels, boron (B) is doped at the P-site to obtain Na3 V2 (P2-x Bx O8 )O2 F (NVP2-x Bx OF). As evidenced by density functional theory modeling, B-doping induces a dramatic decrease in the bandgap. Delocalization of electrons on the O anions in BO4 tetrahedra is observed in NVP2-x Bx OF, which dramatically lowers the electrostatic resistance experienced by Na+ . As a result, the Na+ diffusivity in the NVP2-x Bx OF cathode has accelerated up to 11 times higher, which secures a high rate property (67.2 mAh g-1 at 60 C) and long cycle stability (95.9% capacity retention at 108.6 mAh g-1 at 10 C after 1000 cycles). The assembled NVP1.90 B0.10 OF//Se-C full cell demonstrates exceptional power/energy density (213.3 W kg-1 @ 426.4 Wh kg-1 and 17970 W kg-1 @ 119.8 Wh kg-1 ) and outstanding capability to withstand long cycles (90.1% capacity retention after 1000 cycles at 105.3 mAh g-1 at 10 C).
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