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?上硅所劉宇/楊程EnSM：新型錳基三元NASICON型正極用于高性能鈉離子電池

錳基鈉超離子導體（NASICON）型材料因其環境友好性和成本效益而成為鈉離子電池（SIB）中前景廣闊的正極材料。然而，由于錳的內在動力學限制和負結構退化，錳基材料的循環性能不佳，這阻礙了其實際應用。

圖1 材料表征

中國科學院上海硅酸鹽研究所劉宇、楊程等首次提出了一種新型三元NASICON型Na_4-xMnTi_xCr_1-x(PO₄)₃ (0≤x≤1)。與傳統的元素摻雜策略不同，Ti⁴⁺的半徑非常接近Cr³⁺，因此無論Ti/Cr的比例如何，三元正極都能形成完美的NASICON結構。

研究顯示，最佳的電化學性能成分為Na_3.5MnTi_0.5Cr_0.5(PO₄)₃。由于強大的扎釘效應和改進的電子結構，NMTCP-50在2 A g^-1條件下循環5000次后仍能保持約75%的循環壽命。此外，異價取代增加了Na⁺空位的數量，從而促進了Na⁺的擴散。

圖2 NMTCP-50的電化學性能

三元協同效應還改變了NMTCP-50的能帶結構。因此，NMTCP-50在2 A g^-1的條件下顯示出81 mAh g^-1的優異倍率性能。為了證明這一概念，這項工作組裝了一個高性能NMTCP-50//HC全電池，它在20 mA g^-1電流條件下的比容量高達 138.3 mAh g^-1。總體而言，這項工作推動了高能量密度、長循環壽命和低成本SIB的發展。

圖3 NMTCP-50的鈉離子儲存機制

A Mn-based Ternary NASICON-Type Na3.5MnTi0.5Cr0.5(PO4)3/C Cathode for High-Performance Sodium-Ion Batteries. Energy Storage Materials 2023. DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102978

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