钠离子电池用铁基正极材料的研究进展

发布时间：2021-08-08 19:24

　　气候变化和化石燃料枯竭等问题将促进新型绿色能源的开发和利用。因此,高效率、低成本、安全的储能系统,得到了越来越多的关注和研究。在各类储能系统中,二次电池是存储电能、为电子设备供电的最理想选择。目前,锂离子电池（LIBs）的应用最广泛。然而,地球上锂资源的短缺和分布不均造成的成本较高,急需研究和开发其他高性能的新型二次电池。钠元素具有地壳中储量丰富、均匀且与锂具有相似化学性质等优势,使得钠离子电池（SIBs）成为了取代LIBs最有前景的备选二次电池之一。然而,钠离子的体积较大、离子传导动力学更缓慢、导电性更差等问题,限制了SIBs高性能的实现,这是目前研究的难点和重点。此外,铁具有储量丰富、环境友好的特点,其在SIBs中的应用引起了电池领域科研工作者的广泛关注。因此,寻找良好的铁基正极材料成为SIBs高性能电极材料开发的一个重要研究方向。本综述对近年来SIBs铁基正极材料方面的研究进展进行了总结,并按照聚阴离子型化合物、过渡金属氧化物、普鲁士蓝及类似物和氟化物分类,进行了系统的阐述和分析。 

【文章来源】：无机化学学报. 2020,36(07)北大核心SCICSCD

【文章页数】：18 页

【部分图文】：

钠离子电池铁基正极材料的分类以及结构示意图

焦磷酸铁钠Na2FeP2O7具有3 V的工作电压，理论放电比容量为97 mAh·g-1，具有许多优异的特性，如不需要纳米尺寸或碳涂覆的电极就能产生良好的电化学活性以及高体积能量密度。2017年Yamada[29]小组合成了Na2FeP2O7，放电比容量约90 mAh·g-1，电压平台3 V，对应Fe2+/Fe3+的变化。非整数化学计量比的Na2FeP2O7同样也引起了极大的关注。邓超[30]小组报道了用一种超快的“闪燃合成”方法制备的珊瑚状Na3.12Fe2.44(P2O7)2/C。每个超细Na3.12Fe2.44(P2O7)2纳米粒子被包裹在一个微尺度的碳基质中，形成一个珊瑚状的结构。该珊瑚状复合材料具有良好的表面性能和层状多孔结构，能够快速嵌入钠离子，并具有较好的循环稳定性。窦士学[31]小组采用原位碳包覆法制备了Na3.32Fe2.34(P2O7)2纳米粒子，在0.1C(1C=120 mA·g-1)时(图3a)，其放电容量可达104 mAh·g-1。在电解液中加入5%(V/V)氟代碳酸乙烯酯(FEC)后，在5C循环1 100圈后，容量保持率仍能达到89.6%(图3b)。这种碳包覆Na3.32Fe2.34(P2O7)2电极具有低成本、高容量和良好的循环稳定性等优异性能。

窦士学[31]小组采用原位碳包覆法制备了Na3.32Fe2.34(P2O7)2纳米粒子，在0.1C(1C=120 mA·g-1)时(图3a)，其放电容量可达104 mAh·g-1。在电解液中加入5%(V/V)氟代碳酸乙烯酯(FEC)后，在5C循环1 100圈后，容量保持率仍能达到89.6%(图3b)。这种碳包覆Na3.32Fe2.34(P2O7)2电极具有低成本、高容量和良好的循环稳定性等优异性能。1.1.3 硫酸盐

【参考文献】：
期刊论文
[1]碳包覆提升的工作电压与能量密度:Na3V2（PO4）2F3@C钠离子电池正极材料（英文）[J]. 谷振一,郭晋芝,孙中辉,赵欣欣,李文灏,杨旭,梁皓杰,赵宸德,吴兴隆.  Science Bulletin. 2020(09)
[2]静电纺丝在钠离子电池中的应用研究进展[J]. 王玲,杨国锐,王嘉楠,王思岚,彭生杰,延卫.  化学学报. 2018(09)
[3]钨青铜相和烧绿石相氟化铁作为锂/钠电池正极材料[J]. 曹敦平,尹从岭,张金仓,李驰麟.  科学通报. 2017(09)
[4]钠离子电池先进功能材料的研究进展[J]. 向兴德,卢艳莹,陈军.  化学学报. 2017(02)
[5]钠离子电池电极材料研究进展[J]. 张宁,刘永畅,陈程成,陶占良,陈军.  无机化学学报. 2015(09)



本文编号：3330538