浙工大陶新永/刘铁峰Nano Energy：提高钠离子电池磷化物负极性能的策略

钠离子电池（SIBs）由于与需要足够能量密度、高功率容量和低材料成本的大规模电化学储能具有高度的兼容性，近年来受到电池界的广泛关注。因此，在寻找具有优异电化学性能的合适钠存储材料方面已经付出了相当大的努力。

由于磷化物具有较高的理论容量和较低的工作电压，因此被认为是SIBs负极的候选材料，但遗憾的是，在嵌入/脱出Na时，磷化物体积膨胀较大，且界面稳定性较差。磷化物研究的最新进展趋向于形态设计和界面改性，它们实现了比容量、倍率性能和循环寿命的显著改善。

浙江工业大学陶新永、刘铁峰等人基于这些卓有成效的成果，回顾了SIBs负极中磷化物的最新进展。不同种类的磷化物分为三个部分进行讨论。作者重点研究了纳米结构与电化学性能之间的关系。同时，重点介绍了磷化负极的界面分析。最后，总结了基于将磷化物用于SIBs负极的未来挑战和机遇。

对于SIBs磷化物负极的研究趋势，磷化物的合理设计需要对Na储存机制的深入理解、不同的组分/结构设计和增强的界面稳定性的支持。它们的组合更有利于在磷化物优异的电化学性能方面产生协同效应。

除了对纳米结构和电化学特性之间的相关性进行基础研究外，研究人员还应该以解决方案为重点和务实。一般来说，电极优异的电化学性能关键需要粘结剂种类和电解液配方的贡献。在某些情况下，在磷化物的电化学评估中可以明显观察到粘结剂和电解液的影响。

图1 磷化负极材料的钠化/脱钠机理示意图

在这方面，为满足磷化物更严格的要求，作者提出了几种策略：

i）加强对钠存储机制的基本理解，以指导高性能磷化物负极材料的开发。在此，使用低温透射电镜等新技术能够深入表征负极表面形成的SEI的成分和微观结构。

ii) 低电位和高容量对于高能量密度负极很重要。非常需要适当增加磷化物中的P含量以进一步提高比容量。高容量和长循环能力之间的理想平衡还需要对磷化物进行优化研究。

iii) 开发二元或三元复合材料，例如在惰性铁基磷化物中加入Sn、Se和Bi等活性元素或在活性Sn基磷化物中加入惰性Cu，可以处理大的体积变化并增强离子/电子这些杂化物的导电性。同时，尝试额外的元素，如 Bi、Nb、Mo 和 V，以了解进一步提高这些磷化物电化学性能的可能性。iv) 粘结剂和电解液都是磷化物成功的重要组成部分。磷化物导向的粘结剂和电解液应共享硅基负极的经验。

图2 Sn基磷化负极材料的改性策略与合成方法研究进展

Strategies to Improve the Performance of Phosphide Anodes in Sodium-Ion Batteries. Nano Energy 2021. DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106475

浙工大陶新永/刘铁峰Nano Energy：提高钠离子电池磷化物负极性能的策略

相关推荐