陈忠伟院士EER: 钠离子电池电极材料表面涂层研究的进展报告

钠离子电池（SIB）是一种新兴技术，被认为是锂离子电池（LIB）的未来替代品，特别是用于固定式储能。然而，由于与Na⁺大尺寸相关的复杂性，SIBs的循环稳定性和倍率性能通常不足以用于商业应用。与LIBs研究类似，涂层的开发是提高现有SIBs电极材料性能的基本途径。

在此，加拿大滑铁卢大学陈忠伟院士等人对应用于SIBs插层正极和负极的涂层进行了全面概述和比较，并根据其作用机制和沉积方法进行了分类。具体而言，涂层可分为三大类：氧化还原惰性金属涂层、导电碳涂层、核壳结构涂层。同时，作者概述了将涂层应用于电极材料的最常见方法，包括机械混合烧结、溶液浇铸法、原位合成法、原子层沉积和化学气相沉积等。进一步，作者介绍了SIBs插层正极（层状过渡金属氧化物（TMO）正极、聚阴离子正极）和负极（钛基化合物）的特定涂层改进策略。

其中，分层TMOs应用最佳厚度的氧化还原活性金属涂层可在高截止电压下持续提高循环稳定性，金属涂层对于稳定依赖Mn³⁺/Mn⁴⁺氧化还原的正极特别有前景。相比之下，金属涂层对倍率性能的影响更有争议，倍率受阻的结果可通过涂层的电子和离子绝缘性能来解释。

图1. 涂层的一般分类

最后，作者讨论了提高每种材料性能的有前景的涂层策略：

1）对于分层TMOs，作者鼓励考虑颗粒形态、过渡金属掺杂、涂层成分、保形性及电解液成分的综合策略。开发（梯度）核壳结构是一种很有前途的方法，可在不大幅降低放电容量的情况下提高稳定性。此外，还应描述电解液组成和涂覆涂层与CEI层稳定性的关系。

2）对于插层负极，应致力于更多金属涂层研究以改善ICE并减少SEI层阻抗的累积。

3）同时，碳涂层/复合聚阴离子正极，尤其是NASICON型结构的发展，在循环稳定性和动力学方面取得了出色的表现。因此，未来的工作必须集中在降低碳含量和形成高负载电极复合材料等方面，可通过同时应用掺杂和缺陷工程方法来实现。总之，这些见解将指导高性能SIBs电极的合理设计。

图2. 应用涂层的常用方法

Recent Progress in Surface Coatings for Sodium-Ion Battery Electrode Materials, Electrochemical Energy Reviews 2022. DOI: 10.1007/s41918-022-00137-7

陈忠伟院士EER: 钠离子电池电极材料表面涂层研究的进展报告

相关推荐