近日，中科院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒、副研究員鄭瓊團隊和燕山大學(xué)教授唐永福團隊合作，在鈉/鋰離子電池電極儲能機理研究方面取得新進展。相關(guān)成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。
　　近年來，鈉離子電池研究受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注，取得快速發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn)，具有較高鈉離子儲存性能和循環(huán)穩(wěn)定性的電極材料，對于提高鈉離子電池的能量密度和倍率性能十分重要。
　　研究中，團隊設(shè)計了一種珊瑚狀磷化鐵（FeP）復(fù)合材料，該材料可錨定FeP納米顆粒，并將其均勻分散在氮（N）摻雜的三維碳骨架（FeP@NC）上。珊瑚狀FeP@NC復(fù)合材料具有較短的電荷轉(zhuǎn)移路徑和較高的導(dǎo)電氮摻雜碳網(wǎng)絡(luò)，可顯著改善復(fù)合材料的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。同時，由于FeP納米顆粒周圍具有高度連續(xù)的N摻雜碳骨架和彈性緩沖的石墨化碳層，基于FeP@NC復(fù)合材料的鈉離子電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能，在10安培/克下，經(jīng)10000次循環(huán)后，其容量保持率為82.0%。
　　更重要的是，針對循環(huán)過程中電池容量逐漸上升的現(xiàn)象，研究團隊結(jié)合電化學(xué)研究和原位電鏡表征分析，證實了一種獨特的顆粒細化在循環(huán)過程中提高容量的作用機制，這種容量提升效果在小電流下表現(xiàn)得更為顯著。研究表明，均勻分布在氮摻雜碳基體上的FeP納米顆粒，在第一個循環(huán)中經(jīng)歷了細化—復(fù)合過程，經(jīng)過數(shù)次循環(huán)后呈現(xiàn)出全區(qū)域細化的趨勢，這種細化對周圍的非晶碳產(chǎn)生強烈的吸附作用，使復(fù)合材料石墨化度和界面磁化強度逐漸增加，為鈉離子的存儲提供了更多的額外活性中心，進而提高了循環(huán)容量。這種容量提升機制也可以擴展到鋰離子電池。研究發(fā)現(xiàn)，在10安培/克下，經(jīng)5000次循環(huán)后，基于FeP@NC復(fù)合材料的鋰離子電池的容量保持率為90.3%，超過了已報道的FeP基復(fù)合材料的容量保持率。
　　該研究提出了一種在循環(huán)過程中經(jīng)顆粒細化誘導(dǎo)提高電池容量的新策略，為設(shè)計高性能的鈉/鋰離子電池負極材料提供了新思路。
　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202110177
　?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2021-10-11 第3版 能源化工）