阳离子诱导的电子离域增强了基于铁的硫酸盐正极的本征导电性和结构稳定性，从而提升了高性能钠离子电池的性能

《Journal of Energy Chemistry》：Cation-Induced Electron Delocalization Enhances Intrinsic Conductivity and Framework Stability in Iron-Based Sulfate Cathode for High-Performance Sodium-Ion Batteries

　　

赵少远|李国东|徐北北|张凯|刘扎璐|曹永杰|徐振明|夏永尧

摘要

硫酸铁钠（Na_2+2xFe_2?x(SO₄)₃，简称NFS）由于其较高的工作电压和低成本，成为钠离子电池（SIBs）的一种有前景的正极材料。然而，其实际应用受到较差的倍率性能和循环稳定性的限制，这主要是由于其较低的固有导电性和铁（Fe）的溶解问题。在这项研究中，我们提出了一种电子结构工程策略，通过用具有较高离子势和空3d轨道的Ti⁴⁺替代Fe²⁺。Ti⁴⁺的强极化作用促进了原本局域在SO₄^2?上的电子的离域，使电荷密度在Fe–O–S–O–Fe路径上重新分布，降低了O^2?上的电子密度，并缩小了带隙，从而增强了NFS正极中的电子和钠离子传输能力。同时，加强的Fe–O配位作用增强了Fe²⁺的锚定效果，减少了FeO₆八面体的畸变，从而减轻了Fe的溶解，最小化了晶胞参数的变化，并提高了循环过程中的结构稳定性。经过优化的掺钛NFS正极表现出优异的倍率性能（在50 C电流下容量保持率为54%）和超长的循环稳定性（在10 C电流下经过6000次循环后容量保持率为61.3%）。将掺钛NFS正极与硬碳负极组装成的 pouch 电池在0.5 C电流下经过1200次循环后仍能保持75.2%的容量，这凸显了其在高性能钠离子电池中的应用潜力。