ACS Energy Lett：铝掺杂改善Na4VMn(PO4)3钠电池性能

纳米

2021-12-04

人们认为Mn基NASICON型电极Na₄VMn(PO₄)₃可能是一种具有最高前景代替Na₃V₂(PO₄)₃，这是因为Mn具有非常高的储量，同时具有非常合适的氧化还原电极电势。但是目前Na₄VMn(PO₄)₃/C电极材料的电化学性能非常弱，这是因为反应动力学非常缓慢，同时结构中的Mn容易导致材料的结构破坏。

有鉴于此，中科院过程工程研究所赵君梅、四川大学郭孝东、中科院物理所胡勇胜等报道通过在Na₄VMn(PO₄)₃体系中选择对V进行替换，而不是Mn，因此能够更好的利用Mn元素，改善材料的结构稳定性。发现Al修饰的Na₄V_0.8Al_0.2Mn(PO₄)₃电极，展示了优异的电化学性能。

本文要点：

（1）

分别使用Mg²⁺、Al³⁺、Ti⁴⁺三种掺杂离子进行取代V掺杂，分别考察其电化学性能。其中，通过降低Na⁺离子传输阻碍和抑制Jahn-Teller畸变，Al掺杂取代V得到的Na₄V_0.8Al_0.2Mn(PO₄)₃展示最好的电化学性能。

（2）

通过相关实验和理论计算结果，发现Al取代Na₄V_0.8Al_0.2Mn(PO₄)₃电极展示了更好的Na⁺传输动力学性能和材料的结构稳定性。因此得到的Na₄V_0.8Al_0.2Mn(PO₄)₃实现40C倍率实现了84 mAh g^-1放电容量，能够在5C倍率进行1000次循环后保持92 %的初始容量。

参考文献

Chunliu Xu, Ruijuan Xiao, Junmei Zhao*, Feixiang Ding, Yang Yang, Xiaohui Rong, Xiaodong Guo*, Chao Yang, Huizhou Liu, Benhe Zhong, and Yong-Sheng Hu*, Mn-Rich Phosphate Cathodes for Na-Ion Batteries with Superior Rate Performance, ACS Energy Lett. 2022, 7, 97–107

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02107

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.1c02107