Small Methods: 高性能钠离子电池磷基负极材料研究最新进展

锂离子电池自商业化应用以来,取得了巨大成功,给人们的生活带来了极大的便利。但锂资源的稀缺使得科研工作者对锂离子电池的前景感到担忧。因此,研究开发新的电池体系势在必行。得益于钠资源的丰富廉价,钠离子电池被认为是锂离子电池的代替者之一。然而,钠离子的离子半径相对于锂离子要大55%,这使得很多传统的锂离子电极材料并不适合储钠。因此研究开发能量密度大的电极材料是钠离子电池发展的一大难题。迄今为止,在已报道的负极材料中,单质磷拥有高达2596mAh g-1的理论容量,大大高于碳基材料、金属氧化物及其他负极材料。因此,磷基材料被人们认为是商业化钠离子电池负极的极佳选择。

然而,磷基材料的缺陷也限制了自身的发展。一方面,磷基材料的导电性不高,使得其在钠离子电池中活性物质利用率低,展现出来的容量要远低于其理论容量;另一方面,在充放电合金化过程中,体积的变化破坏了电极材料的微观形貌,造成循环稳定性差。目前为止,改良方案主要集中在磷基材料与碳材料的复合及纳米结构的构筑。碳材料作为一种导电性能良好的材料可以提高电极材料的整体稳定性,而纳米级颗粒可以减小离子/电子传输路径,合理的纳米结构构筑可以保护磷基材料在充放电过程中的微观形貌不被破坏。

近日,澳大利亚伍伦贡大学超导与电子材料研究所的郭再萍教授与智能聚合物研究所的陈俊教授合作,概括总结了磷基材料,包括单质磷和金属磷化物,在钠离子电池中的运用情况。文中通过代表性文献分析总结了各种红磷/碳复合材料的制备技术,同时对比概括了各制备技术的优劣势。此外还对目前黑磷研究的的难点及现状进行分析。在金属磷化物方面,作者介绍了不同的磷化方法及其反应机理,并以金属活性金属磷化物和金属非活性金属磷化物来分类,论述当前金属磷化物负极材料的研究现状。此外,他们提出了磷基材料在钠离子电池中所面临的困难与挑战:研究开发高磷含量的磷/碳复合材料将是红磷负极的关键,而黑磷复杂冗长的制备工艺亟待改进。对金属磷化物而言,更多的磷化物体系有待发展研究,此外,针对电解液及粘接剂等其他关键组件的研究仍需加以重视。相关成果发表在Small Methods(DOI:10.1002/smtd.201700216)。

Speak Your Mind

*