中科院过程所Angew：开发富Mn少缺陷的磷酸钠盐电极

纳米技术

2025-03-17

Na₃MnTi(PO₄)₃中严重的电压滞后现象引起了广泛的研究关注，这是由结构中存在于钠空位（）中的Mn²⁺的本征反位缺陷（IASDs, intrinsic-anti-site-defects）所决定的。然而，对于设计更高性能的Na₃MnTi(PO₄)₃体系，仍然缺乏减少本征反位缺陷的通用指导原则。

有鉴于此，中国科学院过程工程研究所赵君梅等报道Na₃MnTi(PO₄)₃体系中本征反位缺陷的产生主要与结构中的钠空位以及较弱的Mn−O键有关。钠空位越多，Mn²⁺占据钠位点的可能性就越大。同时，Mn−O键越弱，Mn²⁺离域或迁移到其他位点的可能性就越大，最终导致本征反位缺陷的产生。

本文要点：

（1）

为了减少本征反位缺陷，提出引入在Na₃MnTi(PO₄)₃体系中具有较低化合价（相对于Ti⁴⁺）、较低电负性（相对于Ti⁴⁺）且具有良好固溶度的掺杂剂。基于这一指导原则，选择了几种掺杂阳离子（包括Cr³⁺、Ti³⁺、Fe³⁺、V³⁺）来构建富钠环境并增强Mn−O键的强度。

 （2）

在各种掺杂剂中，V³⁺取代Ti⁴⁺会导致最强的Mn−O相互作用，因此对本征反位缺陷的抑制效果最为显著。

基于这些发现，进一步开发一系列掺钒的富锰磷酸盐正极材料Na_3.3+yMn_1.15V_yTi_0.85-y(PO₄)₃（0.1≤y≤0.25），这些材料有望成为钠离子电池的候选材料。

参考文献

Chunliu Xu, Weibo Hua, Guilin Feng, Zhao Chen, Ruijuan Xiao, Qinghua Zhang, Weiqing Yang, Chao Yang, Junmei Zhao, Yong-Sheng Hu, Guiding Design of Mn-Rich Phosphate Cathodes with Less Intrinsic Anti-Site Defects, Angew. Chem. Int. Ed. 2025

DOI: 10.1002/anie.202502758

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202502758