硼掺杂调控Na4Fe3(PO4)2(P2O7)阴极材料局域配位环境实现钠离子电池超快充放电性能

本文通过硼（B）掺杂策略调控Na4Fe3(PO4)2(P2O7)（NFPP）阴极材料的Fe局域配位环境，利用同步辐射X射线吸收谱（XAFS）和中子散射对分布函数（PDF）证实B-O键柔性调控Fe-O键长，抑制高电压下Fe1迁移和[P2O7]基团扭曲，从而保持Na+扩散通道畅通。优化后的NFPP-1%BO3在50C倍率下实现87.4mAh g?1容量，循环2000次后容量保持率达87%，为高性能钠离子电池（SIBs）阴极设计提供新思路。

　　

Highlight

这项研究提出了一种通过调控Fe局域配位环境来解决高电压下Fe1迁移导致的扩散动力学迟滞问题的新策略，使Na₄Fe₃(PO₄)₂(P₂O₇)阴极材料展现出卓越的快充/快放性能。

Results and discussions

通过喷雾干燥法合成的Na₄Fe_2.91(PO₄)_2-x(BO₃)_x(P₂O₇)系列样品（x=0-0.04）均呈现正交晶系结构（空间群Pn2₁a）。[Fe₃P₂O₁₃]单元通过[P₂O₇]基团沿a轴连接，形成三维Na⁺扩散通道。

Conclusion

硼（B）原子嵌入多面体网络间隙后，通过形成三配位柔性B-O键重构Fe配位环境。中子散射PDF分析显示，Fe-O键缩短和Na-O/P-O局域有序性增强共同抑制了晶面滑移，维持了Na⁺传输路径。Fe 3d与O 2p轨道杂化增强还显著提升了电子电导率。优化后的NFPP-1%BO₃在充放电过程中体积变化减小，动力学性能提升，展现出商业化钠离子电池阴极材料的巨大潜力。