上层结构工程使得NASICON型磷酸盐正极的工作电压和能量密度得以提升

通过调控煅烧温度，使Fe3+优先迁移至钠空位形成Fe/Na_v超结构，增强Fe-O键离子性，从而提升铁基磷酸盐正极材料的还原电位至2.82 V（vs Na+/Na）和能量密度至350 Wh kg?1。

　　

摘要

Na⁺超离子导体（NASICON）类型的铁基磷酸盐正极因其环保、低成本以及优异的钠离子电池（SIBs）性能而受到广泛关注。然而，由于NASICON结构中Fe─O键具有很强的共价特性，导致Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原电位较低（<2.5 V vs Na⁺/Na），从而使得磷酸盐正极的能量密度不高。本文通过超结构工程改进Fe─O键的离子特性以及Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原对的工作电压。先进的结构表征与理论计算表明，通过调控合成过程中的煅烧温度，Fe³⁺离子可以迁移到Na⁺空位上，形成Fe/Na_v超结构。Fe的离域化和电子结构重排能够增大反键轨道与费米能级之间的能量间隙。作为概念验证，制备的具有Fe/Na_v超晶格结构的Na₃VFe(PO₄)₃正极使Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原电位从2.37 V升高到2.82 V，同时能量密度从325 W h kg^?1提高到350 W h kg^?1，优于传统的Na₃VFe(PO₄)₃电极。这项工作为提高NASICON类型铁基磷酸盐正极在钠离子电池中的工作电压和能量密度奠定了基础。

图形摘要

通过调控合成过程中的煅烧温度，Fe³⁺优先迁移到Na⁺空位上，在单斜晶系的Na₃VFe(PO₄)₃（NVFP-S）中形成Fe/Na_v超结构。这种结构变化改善了Fe─O键的离子特性，使得Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原电位从2.37 V升高到2.82 V，相应地能量密度从325 W h kg^?1提升至350 W h kg^?1，优于传统的Na₃VFe(PO₄)₃（NVFP）电极。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。