用于钠离子电池的具有更好电化学性能的富锰磷酸盐正极

由科学院过程工程研究所(IPE)赵俊梅教授领导的研究小组开发了一种新型的贫钒富锰磷酸盐正极，具有更好的钠离子电池电化学性能。

该研究于 12 月 3 日发表在ACS 能源快报上。

这项工作解决了如何有效抑制Mn 3+的Jahn-Teller畸变，同时最大限度地降低原材料成本并提高富锰磷酸盐正极的电化学性能的关键问题。

所谓的Jahn-Teller畸变，是指Mn处于高自旋Mn 3+氧化态时，O-Mn-O键收缩或伸长引起的MnO6八面体的几何结构变形。这种结构畸变通常伴随着严重的结构退化和缓慢的动力学，最终导致较差的电化学性能。

由于低成本和高电压，锰基磷酸盐正极很有前景，特别是富含锰的 NASICON 结构。因此，有效抑制富锰磷酸盐正极中不希望出现的 Mn 3+ Jahan-Teller 效应具有重要意义。

在这项研究中，研究人员设计了 Al 3+作为稳定剂，用于选择性置换 V 而不是 Mn，以调整基于 Mn 的 Na 4 VMn(PO 4 ) 3系统的晶体结构。DFT 计算证实，由于 Al 取代后离子共价特性增强，结构扭曲和 Mn 离子的溶解得到有效抑制。

所得Na 4 V 0.8 Al 0.2 Mn(PO 4 ) 3 5 C循环1000次后容量保持率超过92%，远优于Na 4 VMn(PO 4 ) 3正极(仅47%) .

受益于V、Al和Mn多元素之间的协同作用，Na 4 V 0.8 Al 0.2 Mn(PO 4 ) 3表现出增强的离子扩散能力和电子导电性。结果，Al 掺入的 Na 4 V 0.8 Al 0.2 Mn(PO 4 ) 3阴极在 40 C 下可提供 84 mA hg -1的优异倍率容量，即使负载高达 5.5 mg/cm 2，显着Na 4 VMn(PO 4 ) 3优于62 mA hg -1。

此外，还提出并开发了富锰的 Na 4.2 V 0.6 Al 0.2 Mn 1.2 (PO 4 ) 3作为富锰磷酸盐阴极的可行候选者。

与Na 3 V 2 (PO 4 ) 3和Na 4 VMn(PO 4 ) 3 相比，Al掺入Na 4 V 0.8 Al 0.2 Mn(PO 4 ) 3 正极的原材料成本分别降低了近44%和10% ， 分别。更令人印象深刻的是，Al 取代的富含 Mn 的 Na 4.2 V 0.6 Al 0.2 Mn 1.2 (PO 4 ) 3 的这些值 分别达到 50% 和 20%。

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