钠离子电池正极材料技术龙头（中科大ACSAMI以锂代钠）

小君 2023-06-17 23:08:52 461

钠离子电池正极材料技术龙头（中科大ACSAMI以锂代钠）因此，NLFPP是锂离子电池的潜在正极材料，因为其在高电流密度下具有卓越的储锂性能，还具有环境友好性和成本低的特点。这项工作证明了高倍率正极活性位特定结构裁剪的重要性，这将为锂离子电池用高性能混合聚阴离子正极材料的设计提供依据。此外，类似的研究也用于锌离子电池的电极材料。例如，Na3V2(PO4)3中的两个Na离子被一个Zn离子取代，形成ZnNaV2(PO4)3。（文：李澍）作者展示了一种新型铁基混合多阴离子正极材料NaLi3Fe3(PO4)2(P2O7)（NLFPP），具有独特的空心球形结构，它可以通过一种简单的电化学离子交换方法，通过Li取代活性钠点位来制备。NLFPP具有优异的电化学性能，其在10C和30C电流密度下的比容量分别高达91.9和81.5mAh g−1，它的能量密度可达到310.7 Wh kg−1。DFT计算表明，在NFPP、NLFPP和NaFe3(PO4)2(P2O7)

铁基混合多阴离子正极Na4Fe3(PO4)2(P2O7)（NFPP）具有环境友好、易于合成、理论容量高、稳定性好等优点。

中科大陈春华教授团队以NFPP为原料，采用电化学离子交换法，通过Li取代Na合成了新型锂取代材料NaLi3Fe3(PO4)2(P2O7)（NLFPP）。在电流密度为0.5C和5C时，NLFPP正极的可逆容量分别高达103.2和90.3mAh g−1，以超大倍率30C充放电时，其放电容量达到81.5mAhg−1。密度泛函理论（DFT）计算表明，NLFPP的形成能在NLFPP、NFPP和NaFe3(PO4)2(P2O7)中最低，表明NLFPP最容易形成，NFPP向NLFPP的转化在热力学上是有利的。

DFT计算和原位XRD分析表明，NFPP晶格中Li取代Na导致晶胞参数c增加，而a、b和V降低。以硬碳为负极，NLFPP//HC全电池在2C电流密度时的可逆容量高达91.1mAh g−1，200次循环后容量保持率为82.4%。作者提出的通过电化学离子交换的活性位点特定结构裁剪将为锂离子电池高性能正极的设计提供新的见解。相关成果以“Active-Site-Specific Structural Engineering Enabled Ultrahigh Rate Performance of the Na4Fe3(PO4)2(P2O7) Cathode for Lithium-Ion Batteries”发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsami.1c21964

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锂离子电池具有高能量密度的优势，被认为是最有潜力用于大规模应用的储能系统之一，基于LiFePO4的成功商业化，铁基多阴离子正极材料备受关注。一方面，铁元素对环境无害且具有成本效益，因此有望成为电极材料中的价态变化过渡金属元素，以触发锂的提取或嵌入，另一方面，聚阴离子的强共价键稳定了晶体中的氧原子，从而减少了锂离子电池的安全问题。文献中研究了各种铁基聚阴离子正极材料，如焦磷酸盐（Li2FeP2O7）、氟磷酸盐（Li2FeP4F）、硅酸盐（Li2FeSiO4）和硼酸盐（LiFeO3），然而，这些材料有一些缺点，如电压低或在空气中不稳定。

近年来，一种用于钠离子电池的铁基混合聚阴离子正极材料Na4Fe3(PO4)2(P2O7)（NFPP）得到了广泛的研究，它具有优异的稳定性、低污染、易于合成和高理论容量。与NFPP类似，Li4Fe3(PO4)2(P2O7)用于锂离子电池中有望表现出良好的电化学性能，然而它不能用化学方法直接合成。因此，在本工作中，作者采用电化学离子交换方法来制备NFPP的锂对应物。结果表明，只有NaLi3Fe3(PO4)2(P2O7)（NLFPP）材料可以获得，因为NFPP中的四种Na离子中有一种是不活跃且不可改变的。采用原位结构分析和密度泛函理论（DFT）计算研究了Li/Na交换后的晶格变化，电化学测试表明，NLFPP用于锂离子电池正极时具有优异的倍率性能（30C下比容量为81.5mAh g−1）和能量密度（310.7 Wh kg−1）。

作者展示了一种新型铁基混合多阴离子正极材料NaLi3Fe3(PO4)2(P2O7)（NLFPP），具有独特的空心球形结构，它可以通过一种简单的电化学离子交换方法，通过Li取代活性钠点位来制备。NLFPP具有优异的电化学性能，其在10C和30C电流密度下的比容量分别高达91.9和81.5mAh g−1，它的能量密度可达到310.7 Wh kg−1。DFT计算表明，在NFPP、NLFPP和NaFe3(PO4)2(P2O7)中，NLFPP的形成能最低，表明NLFPP最容易形成。此外，NLFPP//HC全电池可提供91.1mAh g−1的高容量，循环200次后容量保持率为82.4%，0.5C下整个电池的能量密度高达234.3Wh kg−1。

因此，NLFPP是锂离子电池的潜在正极材料，因为其在高电流密度下具有卓越的储锂性能，还具有环境友好性和成本低的特点。这项工作证明了高倍率正极活性位特定结构裁剪的重要性，这将为锂离子电池用高性能混合聚阴离子正极材料的设计提供依据。此外，类似的研究也用于锌离子电池的电极材料。例如，Na3V2(PO4)3中的两个Na离子被一个Zn离子取代，形成ZnNaV2(PO4)3。（文：李澍）

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