黄云辉/马吉伟EnSM: 通过氟取代解锁Na4MnV(PO4)3中快速、可逆的钠插层

开发用于钠离子电池的高能量和高功率密度正极材料是一个挑战。Na₄MnV(PO₄)₃作为一种Na超离子导体(NASICON)，是一种有前景的高性能低成本正极材料，但仍存在理论容量不达标、倍率性能低和循环稳定性差的问题。

在此，华中科技大学黄云辉教授与同济大学马吉伟教授、Mohammed Hadouchi等人采用一种简单的性价比高的溶胶-凝胶法，揭示了在Na₄MnV(PO₄)₃（表示为NMVP）中氟取代形成Na_3.85MnV(PO_3.95F_0.05)₃(表示为NMVPF)的电化学性能的改善。

NMVPF用作钠离子电池的正极时表现出高能量和高功率密度以及快速的钠扩散动力学，在低电流速率下能量密度达到了~ 380 Wh kg^-1，与未掺杂的NMVP相比，它的速率性能也得到了很大的提高，且在高电流速率下循环寿命超过2000次。

图1. NMVPF和NMVP电极的原位XRD测试

利用原位XRD对电池运行过程中的结构进行了研究，揭示了具有高结构可逆性的双相机制。结合XRD和²³Na核磁共振 (NMR) 分析表明，从Na2中提取/插入钠的速度比Na1位点快。

这些研究发现通过氟取代解锁了NASICON磷酸盐材料的高能量和高功率密度，为高性能钠离子电池的发展开辟了广阔的前景。

图2. 基于NMVPF和NMVP的全电池的电化学性能

Unlocking Fast and Reversible Sodium Intercalation in NASICON Na₄MnV(PO₄)₃ by Fluorine Substitution, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.040

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