钠离子电池(SIBs)因其钠资源丰富、成本低廉以及相较于锂离子电池更高的安全性而受到广泛关注。然而,SIBs的实际应用仍受限于合适的正极和负极材料。目前,迫切需要开发高性能且价格合理的正极和负极材料以推动SIBs的商业应用。典型的正极材料主要包括普鲁士蓝类似物、层状过渡金属氧化物、有机正极材料和聚阴离子化合物。其中,钠超离子导体(NASICON)型聚阴离子化合物因其开放的三维离子扩散通道、高氧化还原电位和稳定的框架结构而受到相当关注。Na3V2(PO4)3(NVP)是一种典型的NASICON型聚阴离子化合物,具有117 mAh g−1的理论比容量和3.4 V的氧化还原电位。然而,相对较低的工作电压(V4+/V3+:3.4 V)、高成本和钒的环境问题削弱了其在大规模储能领域的竞争力。因此,开发无钒或无钒的聚阴离子正极材料将是一种成本竞争趋势。近年来,Na4MnV(PO4)3(NMVP)已被证明是一种有前途的SIBs正极材料,因为它不仅具有更高的工作电压(Mn3+/Mn2+:3.6 V),而且还显著降低了成本,比NVP降低了35%,这对能源存储非常有利。NMVP通常在2.5-3.8 V的电压窗口内表现出3.4和3.6 V的两个电压平台,分别对应于V4+/V3+和Mn3+/Mn2+的氧化还原对。然而,这种正极材料仍存在一些关键问题:i)第二步脱钠的Na+扩散动力学缓慢。NMVP的Na(2)位点完全被Na离子占据,比NVP中有一个Na(2)空位的Na+扩散能垒更高。作为速率决定步骤,第二步脱钠(对应于Mn3+/Mn2+氧化反应)的化学扩散系数比第一步脱钠(对应于V4+/V3+氧化反应)低一个数量级以上,严重限制了Na+的迁移;ii)电子导电性低。被PO4隔开的VO6/MnO6八面体无法形成有效的电子传导连续路径,导致电子导电性差。这是几乎所有聚阴离子正极材料的共同问题;iii)结构稳定性不令人满意。Mn3+的Jahn-Teller(JT)畸变引起结构变化,不可逆的相变,导致循环性能差,尤其是在高温和高倍率下。
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