中南大学王海燕课题组：超过三电子反应的聚阴离子正极实现钠离子电池高能量密度

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2024起点锂电&钠电两轮车换电大会

——“锂钠同行 换电之城”引领安全出行新时代

主办单位：起点锂电、起点钠电、起点充换电

大会时间：2024年6月25日

大会地点：深圳宝安登喜路国际酒店

近日，中南大学王海燕教授、孙旦副教授联合重庆大学符靓博士在国际知名期刊ACS Nano上发表“Exceeding Three-Electron Reactions in Polyanionic Cathode To Achieve High-Energy Density for Sodium-Ion Batteries”的研究论文。朱琳和王苗苗为本文第一作者。该论文通过调控V/Ti比，制备了一系列NASICON型正极材料（Na3-xV2-xTix(PO4)3/C, x=0, 0.5, 1）。优化后的Na2.5V1.5Ti0.5(PO4)3/C（NVTP-0.5）结合了V的多电子氧化还原特性和Ti优异的稳定性。连续的氧化还原使NVTP-0.5阴极实现3.2电子反应，具有192.42 mAh g-1的超高放电容量和497.3 Wh kg-1的高能量密度。即使在极端温度下（50oC和-15oC），仍然可以长周期稳定循环。

【核心要点】

要点一：优化后的NVTP-0.5正极继承了V的多电子反应和Ti的高稳定性，表现出优异的电化学性能。成功激活多电子氧化还原反应，使制备的正极在20 mA g-1时获得了高达192.42 mAh g‑1的高容量和497.3 Wh kg-1的高能量密度，优于目前报道的大部分NASICON材料。在1 A g-1下循环1000次，容量保持率高达94.1%。

要点二：结合原位/非原位技术和第一性原理计算，深入分析了其储钠机理。揭示了多钠储存过程中的连续氧化还原反应涉及V2+/V3+、Ti3+/Ti4+和V3+/V4+氧化还原对，以及可逆结构演变包括固溶和双相机制。此外，快速反应动力学与两种金属元素的协同作用密不可分。

要点三：在极端温度和全电池下展现的优异电化学性能证实了其应用的可行性。NVTP-0.5正极在宽温度范围都具有出色的适应性（在50oC和-15oC下稳定循环超过500次），同时在全电池测试中也实现了400 Wh kg-1的高能量密度（基于正极质量）。