鈉超離子導(dǎo)體（NASICON）型磷酸鹽具有三維離子擴(kuò)散通道和良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，是一類非常有前景的鈉離子電池正極材料。然而目前主流的NASICON型磷酸鹽（Na3V2(PO4)3、Na3MnTi(PO4)3和Na4MnV(PO4)3等）受限于電子反應(yīng)數(shù)(≤ 3)、平均電壓平臺和循環(huán)穩(wěn)定性，導(dǎo)致電池能量密度和循環(huán)壽命不理想。
近日，佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室/武漢理工大學(xué)的周亮研究員和麥立強(qiáng)教授通過在NASICON型Na3MnTi(PO4)3中引入不同含量的過渡金屬元素釩，獲得了一系列磷酸釩鈦錳鈉電極材料（Na3+xMnTi1-xVx(PO4)3）。經(jīng)過優(yōu)化的Na3.2MnTi0.8V0.2(PO4)3 （NMTVP-0.2）正極材料可實(shí)現(xiàn)基于V5+/4+ 、Mn4+/3+、Mn3+/2+ 、V4+/3+和 Ti4+/3+的3.2電子氧化還原反應(yīng)。該材料的比容量高達(dá)172.5 mAh g-1，能量密度高達(dá)527.2 Wh kg-1，循環(huán)100圈后容量保持率為84.1%。
電化學(xué)測試結(jié)果表明，NMTVP-0.2具有高比容量、高電壓平臺和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，整體性能優(yōu)于Na4MnV(PO4)3（NMTVP-1）、Na3MnTi(PO4)3（NMTVP-0）以及大多數(shù)已報(bào)道的NASICON型正極材料。 原位XRD測試結(jié)果表明，NMTVP-1、NMTVP-0.2和NMTVP-0在電化學(xué)反應(yīng)過程中結(jié)構(gòu)變化有很大的區(qū)別。與NMTVP-1相比，NMTVP-0.2和NMTVP-0在電化學(xué)反應(yīng)過程中具有更好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，其中NMTVP-0.2在首次充電過程中，2.4個Na+從NMTVP-0.2骨架中脫出；在隨后的循環(huán)過程中，3.2個Na+可逆地在NMTVP-0.2骨架結(jié)構(gòu)中嵌入/脫出。 在該工作中，合適的Ti/V/Mn比例確保了NMTVP-0.2在發(fā)生3.2個電子反應(yīng)時結(jié)構(gòu)不坍塌，兼具出色的能量密度和良好的循環(huán)穩(wěn)定性。該工作為合理設(shè)計(jì)具有可逆多電子氧化還原反應(yīng)的NASICON型鈉離子電池正極材料提供了啟示。 論文信息 A High-Energy NASICON-Type Na3.2MnTi0.8V0.2(PO4)3 Cathode Material with Reversible 3.2-Electron Redox Reaction for Sodium-Ion Batteries Ping Hu, Ting Zhu, Congcong Cai, Xuanpeng Wang, Lei Zhang, Liqiang Mai* and Liang Zhou* 文章的第一作者是佛山仙湖實(shí)驗(yàn)室／武漢理工大學(xué)的博士后胡平和武漢紡織大學(xué)朱婷副教授 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202219304
