Hollow Core‐Shelled Na4Fe2.4Ni0.6(PO4)2P2O7 with Tiny‐Void Space Capable Fast‐Charge and Low‐Temperature Sodium Storage

钠离子电池 阴极 材料科学 化学工程 电化学 化学 纳米技术 物理化学 电极 工程类 法拉第效率
作者
Xinran Qi,Hanghang Dong,Hao Yan,Baoxiu Hou,Haiyan Liu,Ningzhao Shang,Longgang Wang,Jianjun Song,Shuangqiang Chen,Shulei Chou,Xiaoxian Zhao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:63 (40): e202410590-e202410590 被引量:63
标识
DOI:10.1002/anie.202410590
摘要

Abstract Iron‐based mixed polyanion phosphate Na 4 Fe 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 (NFPP) is recognized as a promising cathode for Sodium‐ion Batteries (SIBs) due to its low cost and environmental friendliness. However, its inherent low conductivity and sluggish Na + diffusion limit fast charge and low‐temperature sodium storage. This study pioneers a scalable synthesis of hollow core–shelled Na 4 Fe 2.4 Ni 0.6 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 with tiny‐void space (THoCS‐0.6Ni) via a one‐step spray‐drying combined with calcination process due to the different viscosity, coordination ability, molar ratios, and shrinkage rates between citric acid and polyvinylpyrrolidone. This unique structure with interconnected carbon networks ensures rapid electron transport and fast Na + diffusion, as well as efficient space utilization for relieving volume expansion. Incorporating regulation of lattice structure by doping Ni heteroatom to effectively improve intrinsic electron conductivity and optimize Na + diffusion path and energy barrier, which achieves fast charge and low‐temperature sodium storage. As a result, THoCS‐0.6Ni exhibits superior rate capability (86.4 mAh g −1 at 25 C). Notably, THoCS‐0.6Ni demonstrates exceptional cycling stability at −20 °C with a capacity of 43.6 mAh g −1 after 2500 cycles at 5 C. This work provides a universal strategy to design the hollow core–shelled structure with tiny‐void space cathode materials for reversible batteries with fast‐charge and low‐temperature Na‐storage features.
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