Enhanced Na+ diffusion in Na3V2(PO4)2F2O cathodes via Zr4+ doping for high-rate and long-cycling sodium batteries

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作者
Xiaofei Sun,Anastase Ndahimana,Zikang Wang,Xuesong Mei,Bin Liu,Guoxin Gao,Lilong Xiong,Haitao Wang,Wen Jun Wang
出处
期刊:Journal of Alloys and Compounds [Elsevier BV]
卷期号:945: 169314-169314 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jallcom.2023.169314
摘要

Sodium vanadium oxyfluorophosphate is a class of high-stability, high-capacity and high-voltage cathode materials for sodium ion batteries. But its practical performance is severely constrained by the low electric conductivity. In this paper, high-valence Zr4+ is designed and applied to improve the electrochemical performance of Na3V2(PO4)2F2O (NVPFO). A series of Na3V2−xZrx(PO4)2F2O (0 ≤x < 1) are prepared by a facile solid-state method. X-ray photoelectron spectroscopy and energy dispersive spectroscopy mapping demonstrate Zr4+ is successfully doped into NVPFO. X-ray diffraction with Rietveld refinement indicates the lattice parameters and cell volume are increased due to the large ionic radius of Zr4+. Scanning electron microscopy and transmission electron microscopy images verify the particle size is slightly decreased and more uniformly distributed after Zr4+ doping, and the carbon coating layer is also well reserved. The optimal doping is found 4 at% by generating Na3V1.96Zr0.04(PO4)2F2O, which shows a specific capacity of 128, 106, 85 and 55 mA h g−1 at 0.1, 1, 8 and 60 C, respectively. After 350 cycles at 0.5 C, the specific capacity is gradually reduced from 115 to 87 mA h g−1 corresponding to a capacity retention of 75.7%. Its Na+ diffusion coefficient is calculated more than one magnitude higher than un-doped NVPFO.
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