钛掺杂优化NASICON型Na4MnCr(PO4)3正极材料的储钠性能与结构稳定性研究

本文通过阳离子工程策略开发了Ti掺杂的NASICON型正极材料Na3.55Mn0.85Cr0.85Ti0.3(PO4)3（NMCTP），解决了Na4MnCr(PO4)3（NMCP）电子传导率低、Cr氧化还原惰性等问题。该材料在10 C倍率下实现82.2 mAh g?1比容量，2000次循环后容量保持率达80.5%，与硬碳（HC）组装的钠离子电池（SIBs）能量密度达403.7 Wh kg?1，为高性能聚阴离子（polyanionic）正极设计提供了新思路。

　　

Highlight

本研究通过阳离子工程策略开发了钛掺杂的NASICON型正极材料Na_3.55Mn_0.85Cr_0.85Ti_0.3(PO₄)₃（NMCTP），其优化了过渡金属-氧（TM-O）配位环境，激活了Cr³⁺/Cr⁴⁺氧化还原反应，同时提升结构稳定性和Na⁺传输动力学。

Results and discussion

通过溶胶-凝胶法合成了一系列Ti掺杂的NASICON材料。X射线衍射（XRD）精修表明，Ti⁴⁺的引入显著降低了晶胞体积变化（仅5.6%），原位实验揭示了材料在充放电过程中经历固溶体-两相混合的储钠机制。电化学测试显示，NMCTP在10 C倍率下容量达82.2 mAh g^?1，2000次循环后容量保持率80.5%，50 C超快充放电时仍保持40.7 mAh g^?1。

Conclusion

钛掺杂策略通过双重作用机制（稳定框架结构+增强氧化还原活性）实现了高性能钠离子电池正极设计，为无钒（V-free）NASICON材料开发提供了新范式。