作为一种兼具高容量和高倍率性能的NASICON材料,Na4Fe3(PO4)2P2O7(NFPP)阴极材料得到了广泛的关注。然而,在合成过程中形成电化学惰性的Maricite-NaFePO4限制了NFPP的性能发挥,因此目前已经有大量的研究侧重于借助过渡金属离子掺杂来限制NFP的形成。然而目前对掺杂抑制NFP形成的机理研究较少并且由于掺杂离子本身不具有电化学活性,在低倍率下相比于未改性前会损失部分容量。同时,聚阴离子材料本身的低电导能力进一步限制了其电化学性能,目前主流手段是借助碳包覆来实现高电导率,但是由于缺乏电化学活性,过高的碳材料非但没能进一步提升导电性还会损失大量的可逆容量,因此通过掺杂能参与电化学反应的过渡金属离子来改性NFPP的本征电导能力是较优的选择。
在此之前,本学院的元家树博士在聚阴离子钠离子正极材料的研究上,曾提出基于连续流动电化学固液反应器的金属离子嵌入技术合成橄榄石结构的NaFePO4。同时,对合成的NaFePO4材料处于缺钠态的原因以及NaFePO4的放电机理进行了研究(Small, 2024, 20, 2401489.)。本项工作在此基础上,针对NFPP聚阴离子材料的合成过程中的相变过程和充放电机理进行了进一步研究。该文章提出了利用电化学活性的钒离子取代铁离子来提高NFPP的可逆容量,在改善钠离子在NFPP中的动力学性能的同时,抑制非活性M-NFP相的形成。
该工作以“Hollow spherical Na3.95Fe2.95V0.05(PO4)2P2O7 suppressing inactive Maricite- NaFePO4 with ultrahigh dynamics performance”为题发表在国际权威期刊Nano Energy上(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110404), 新能源学院联合培养研究生徐顺杰为第一作者,学院的元家树博士和夏永高研究员为通讯作者.
本研究得到了浙江省自然科学基金(ZCLQ24B0301)的支持。