High‐Energy/Power and Low‐Temperature Cathode for Sodium‐Ion Batteries: In Situ XRD Study and Superior Full‐Cell Performance

材料科学 阴极 阳极 原位 锂离子电池的纳米结构 储能 化学工程 低能 电极 离子 功率(物理) 电气工程 化学 物理化学 工程类 物理 有机化学 原子物理学 量子力学
作者
Jin‐Zhi Guo,Pengfei Wang,Xing‐Long Wu,Xiaohua Zhang,Qingyu Yan,Hong Chen,Jingping Zhang,Yu‐Guo Guo
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:29 (33) 被引量:425
标识
DOI:10.1002/adma.201701968
摘要

Sodium‐ion batteries (SIBs) are still confronted with several major challenges, including low energy and power densities, short‐term cycle life, and poor low‐temperature performance, which severely hinder their practical applications. Here, a high‐voltage cathode composed of Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 O 2 F nano‐tetraprisms (NVPF‐NTP) is proposed to enhance the energy density of SIBs. The prepared NVPF‐NTP exhibits two high working plateaux at about 4.01 and 3.60 V versus the Na + /Na with a specific capacity of 127.8 mA h g −1 . The energy density of NVPF‐NTP reaches up to 486 W h kg −1 , which is higher than the majority of other cathode materials previously reported for SIBs. Moreover, due to the low strain (≈2.56% volumetric variation) and superior Na transport kinetics in Na intercalation/extraction processes, as demonstrated by in situ X‐ray diffraction, galvanostatic intermittent titration technique, and cyclic voltammetry at varied scan rates, the NVPF‐NTP shows long‐term cycle life, superior low‐temperature performance, and outstanding high‐rate capabilities. The comparison of Ragone plots further discloses that NVPF‐NTP presents the best power performance among the state‐of‐the‐art cathode materials for SIBs. More importantly, when coupled with an Sb‐based anode, the fabricated sodium‐ion full‐cells also exhibit excellent rate and cycling performances, thus providing a preview of their practical application.
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