Ti/Cr双掺杂NASICON型Na3V2(PO4)3正极用于多电子高能钠存储

《Journal of Materials Chemistry A》：Ti/Cr dual-doped NASICON-type Na3V2(PO4)3 cathodes for multi-electron high-energy sodium storage

钠离子电池中Ti/Cr双掺杂Na3V2(PO4)3阴极材料通过调控V位掺杂和引入Ti3+/Ti4+红ox对，显著提升容量至165.81 mAh g?1并保持优异循环稳定性。

　　

钠离子电池（SIBs）作为一种成本效益高且可持续的锂离子电池替代品，受到了广泛关注，这得益于钠资源的丰富性和低成本。NASICON型化合物（如Na₃V₂(PO₄)₃）具有稳定的三维结构，并且Na⁺离子的扩散通道较为开放；然而，在其工作电压范围内，每个化学计量单位中参与反应的电子数量少于两个，这限制了电池容量的提升。本文采用Ti/Cr双重掺杂策略，部分替代V位点，同时引入Ti³⁺/Ti⁴⁺氧化还原对，并实现V⁴⁺/V⁵⁺离子对的形成。由此制备的Na₃V_0.7Ti_0.8Cr_0.5(PO₄)₃正极在0.1 A g^-1的电流密度下表现出165.81 mAh g^-1的出色放电容量，并具有优异的循环稳定性，在200次循环后仍能保持初始容量的92.8%。此外，在5 A g^-1的高电流密度下，经过5000次循环后仍能保留88.9%的原始容量（79.16 mAh g^-1）。原位XRD分析阐明了Na⁺的储存机制，而密度泛函理论（DFT）计算表明双重掺杂可以调节局部电子态，增强结构稳定性，并提高电子导电性。这项工作为高性能NASICON型钠离子电池正极的设计提供了一种有效策略。