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鈉離子電池鎳基磷化物負極材料的研究進展*

2023-10-21 08:24:10劉甫磊查欣言劉宇航湯添友趙家昌
云南化工 2023年10期
關鍵詞:磷化鈉離子負極

劉甫磊,查欣言,劉宇航,湯添友,趙家昌

(上海工程技術大學 化學化工學院,上海 201620)

隨著環(huán)境污染以及能源短缺問題的進一步加劇,新能源引起了人們的廣泛關注??煽康碾娀瘜W儲能技術是新能源的迫切需求。在各種電化學儲能裝置中,鋰離子電池已廣泛應用于便攜式電子設備、新能源汽車和電網(wǎng)儲能等領域,但鋰離子電池技術由于鋰的儲量有限、成本高而受到限制。因此,為了彌補鋰離子電池的不足,預防未來潛在的儲能危機,探索鋰離子電池的替代品是必需的。

鈉是地球上第六大元素(地殼中質(zhì)量分數(shù)約為2.74%),是第二輕的堿金屬元素,在許多方面與鋰具有相似的物理和化學性質(zhì),而且鈉比鋰便宜得多。由于這些特性,鈉離子電池是鋰離子電池的最有希望的替代品。然而,Na+(10.2 nm)比Li+(7.6 nm)具有更大的離子半徑,導致Na+在電極上比Li+遷移緩慢。在過去幾年中,由于大量的研究工作,鈉離子電池的電化學性能得到了很大的提高,但負極材料的性能不理想等問題阻礙了其商業(yè)化的進一步發(fā)展。故尋找合適的負極材料對鈉離子電池的進一步商業(yè)化至關重要。

在負極材料方面,人們一直致力于尋找具有高電化學性能和低制造成本的合適鈉存儲的材料。迄今為止,已經(jīng)報道了多種可用于鈉離子電池負極的材料,如硬碳、硫化物、磷化物、氟化物和金屬氧化物等。其中,磷化物由磷與金屬和非金屬元素結合而成,具有足夠高的比容量和低氧化還原電壓(Na/Na+)。到目前為止,研究的金屬磷化物包括磷化鐵、磷化鈷、磷化鎳和磷化錫,這些負極材料都表現(xiàn)出良好的電化學性能。此外,金屬磷化物通常具有比磷更高的電導率,可以很容易地制備各種納米結構,是鈉離子電池中最有希望的負極材料。

本文綜述了鈉離子電池鎳基磷化物負極材料的研究進展,介紹了這些復合材料的結構特性和鈉儲存機制,以及設計策略。此外,還討論了目前制備磷/磷化物負極的制備方法的優(yōu)點和局限性,相關的挑戰(zhàn)也被提出和分析,并合理預測了未來可能的研究方向。

1 Ni2P

1.1 Ni2P/C復合材料

1.1.1 Ni2P/石墨烯復合材料

石墨烯具有比表面積大、導電性高和化學穩(wěn)定性好等優(yōu)點,是碳材料制備復合材料的理想輔助材料。與單個Ni2P電極相比,Ni2P/石墨烯復合材料具有大表面積的三維石墨烯,能有效緩沖循環(huán)過程中的體積膨脹,從而產(chǎn)生高能量/高功率密度。例如,Zhao等成功制備了具有穩(wěn)定結構的獨特的分層Ni2P納米片/三維石墨烯復合材料,并研究了pH值對所制備的Ni2P的形貌和性能的影響。當pH值為4時,分級Ni2P/三維石墨烯交錯網(wǎng)絡保持較高的比容量( 100 mA/g 時為 313.5 mAh/g,循環(huán)100次)和更好的倍率特性(1000次循環(huán)后 1 A/g 時為 155.4 mAh/g)[1]。

此外,Ni2P/三維石墨烯還減少了枝晶問題,提高了安全性和穩(wěn)定性,并具有巨大的儲鈉潛力。例如,Li等設計了在泡沫鎳上原位生長的納米薄片陣列 Ni2P/三維石墨烯作為獨立的負極材料,發(fā)現(xiàn):Ni2P/三維石墨烯表現(xiàn)出低體積膨脹(166.9%),在200次循環(huán)后沒有明顯的尖銳枝晶生成,且具有優(yōu)異的可逆容量(在 200 mA/g 超過100次循環(huán)時為 402.6 mAh/g)和卓越的倍率性能(在 1000 mA/g 時為 273.3 mAh/g,在 50 mA/g 時容量恢復到 603.6 mAh/g),以及高初始庫侖效率(約88.28%)[2]。

具有大量開孔的石墨烯氣凝膠擁有高表面積和超輕密度,其互連的三維多孔結構可以提高納米雜化物的導電性,表現(xiàn)出優(yōu)異的柔韌性和良好的結構穩(wěn)定性,可以耐受離子嵌入/脫嵌過程中的體積膨脹和結構損傷。例如,Miao等首次通過溶劑熱反應和原位磷化過程制備了獨特的Ni2P@碳/石墨烯氣凝膠三維互連多孔結構,其中,核殼Ni2P@碳納米顆粒均勻嵌入石墨烯氣凝膠納米片中;組分之間的協(xié)同作用使Ni2P@碳/石墨烯氣凝膠電極具有較高的結構穩(wěn)定性和電化學活性,在 1 A/g 的電流密度下超過2000次循環(huán)后保持 124.5 mAh/g 的比容量[3]。

通過原位磷化路線的磷化物策略還可以擴展到其他新型電極。例如,Li等將核殼結構的Ni2P@N、P共摻雜碳納米粒子負載到還原氧化石墨烯納米片上形成Ni2P@N、P共摻雜碳/還原氧化石墨烯納米片,并通過兩步法(首先是水熱法,其次是磷化法)成功獲得;其作為鈉離子電池的負極,在鈉離子電池中分別經(jīng)過3000次循環(huán)后在 2 A/g 下保持 110 mAh/g[4]。Dong等將三明治狀的Ni2P納米陣列/氮摻雜石墨烯/Ni2P納米陣列首次設計為鈉離子電池的新型電池負極,所制備的Ni2P納米陣列/氮摻雜石墨烯/Ni2P納米陣列表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性,在 0.5 A/g 下作為鈉離子電池在300次循環(huán)后具有 188 mAh/g(其初始容量的57%)的比容量[5]。

1.1.2 Ni2P/碳納米管復合材料

碳納米管具有良好的導電性能,不僅可以提供導電網(wǎng)絡以增加導電性,還可以緩沖磷化物材料在循環(huán)過程中的應力。

Zhang等通過陽離子表面活性劑輔助水熱法將單分散的Ni2P納米粒子負載在酸處理的碳納米管上,并作為鈉離子電池的負極;在 0.1 A/g 循環(huán)100次后可提供 150.1 mAh/g 的高容量,在 4 A/g 下可實現(xiàn) 104.8 mAh/g 的高容量[6]。

Zhao等則將Ni2P納米顆粒摻入石墨烯和碳納米管復合材料中,形成柔性獨立纏繞網(wǎng)絡膜負極,極大提高了鈉離子電池的循環(huán)壽命。該材料在 0.5 A/g 的高電流密度下,循環(huán)100次后仍能保持 224 mAh/g 的容量;在以高達 1 A/g 的速率循環(huán)2000次后,可逆容量仍然可以維持為 91 mAh/g;即使在 5 A/g 下,它仍然表現(xiàn)出 65 mAh/g 的高倍率容量;其表現(xiàn)出優(yōu)異的儲鈉性能,可直接用作不含任何聚合物黏合劑或?qū)щ娞砑觿┑拟c離子電池負極[7]。

1.1.3 Ni2P@碳復合材料

碳殼在納米復合材料中的關鍵作用如下:①外層碳殼可以提高材料的導電性,促進反應動力學;②碳殼可以使活性物質(zhì)獨立生成,防止它們循環(huán)團聚;③Ni2P核與碳殼之間的空隙空間可以適應Ni2P在循環(huán)過程中的體積變化,保證納米復合材料的結構穩(wěn)定性。

Wu等使用葡萄糖代替氧化石墨烯,在相同的退火工藝下制備了碳包覆的Ni2P顆粒;在100次循環(huán)后,充電容量達到 161 mAh/g,容量保持率為89%[8]。Zheng等通過磷化結合退火法制備Ni2P@碳蛋黃殼納米復合材料,并作為鈉離子電池負極材料,在 100 mA/g 循環(huán)300次后的可逆容量為 291.9 mAh/g[9]。

此外,獨特的蛋黃殼框架可以作為一個有利的平臺,通過表面修飾引入一些官能團,還可以緩解活性材料的聚集和體積變化。Wang等通過一種通用的金屬-有機骨架衍生路線來制造分層碳包覆的蛋黃殼鎳球作為鈉離子電池的負極材料,與其他兩種對應物相比,制備的Ni2P/碳樣品可以提供更低的極化和放電平臺、更小的電壓間隔和更快的動力學性能,從而獲得更高的初始比容量;在 0.1 A/g 下110次循環(huán)后的可逆容量為 765.4 mAh/g[10]。

而與蛋黃殼結構相類似的三維多孔納米結構對鈉離子電池也具有很大潛力。Yang等通過使用具有六組氨酸標記的彈性蛋白多肽進行硒化和退火處理來制備三維多孔碳包覆NiSe/Ni2P納米粒子,研究發(fā)現(xiàn):NiSe/Ni2P 納米粒子具有較大的比表面積,并且均勻地分散在三維多孔碳基體中;在鈉離子電池中可實現(xiàn) 353.6 mAh/g(第100次循環(huán),100 mA/g)的高比容量[11]。

另一方面,過渡金屬磷化物在空氣中容易被氧化,形成表面磷酸鹽層,不僅降低了電導率,而且阻礙了鈉離子的傳輸,而碳殼則可有效解決上述問題。Liang等提出了一種通用電極設計,設計和制備了Ni2P@C核殼結構以保護Ni2P免受氧化;Ni2P@C電極在 100 mA/g 下50次循環(huán)后實現(xiàn)了高比容量(693 mAh/g)和出色的可循環(huán)性[12]。與Liang等通過葡萄糖水解將導電碳涂層殼引入金屬化合物表面的策略不同,Wang等由甘油酸鎳前體通過碳涂層路線和隨后的煅燒-磷化方法制備磷化鎳納米顆粒,并將其構造為亞微米球雜化體,結果表明,混合制造的電極是鈉離子電池極具潛力的負極材料,與相同結構的磷化鎳亞微球相比,表現(xiàn)出更好鈉存儲性能[13]。

1.1.4 Ni2P@碳納米片復合材料

碳納米片因其可控的表面積,良好的導電性能以及可以幫助提高導電性并促進電極材料的結構穩(wěn)定性在目前電極材料中受到了廣泛應用。

Zhou等通過聚(丙烯酸)-Ni(NO3)2凝膠的熱解和磷化將Ni2P納米顆粒牢固地固定在多孔碳片網(wǎng)絡中。Ni2P@碳復合材料的多孔網(wǎng)絡結構、高導電性、穩(wěn)定的化學結合和空間限制效應不僅為電極提供了在長期循環(huán)中體積膨脹的剛性結構穩(wěn)定性,而且還具有大的比容量和快速的Na+/電子轉(zhuǎn)移動力學性能。因此,該復合材料具有較大的初始放電容量(932 mAh/g,50 mA/g),高倍率容量(77 mAh/g、3500 mA/g),以及顯著增強的長循環(huán)壽命(在 500 mA/g 下1500次循環(huán)后為 146 mAh/g)[14],如圖1。

圖1 (a)Ni2P@納米顆粒、Ni2P和純碳電極在電流密度為 50 mA/g 下的循環(huán)性能[14];(b)Ni2P/NG/Ni2P在 1000 mA/g 下的長期循環(huán)性能[5]

與Ni2P納米顆粒牢固地固定在多孔碳片網(wǎng)絡相類似,也可以將具有均勻粒徑的單分散Ni2P納米粒子(10~30 nm)固定在N、P共摻雜的碳納米片上。如Shi等將單分散Ni2P固定在N、P共摻雜的碳納米片上,該新型共價異質(zhì)結構表現(xiàn)出高可逆放電容量和出色的儲鈉性能(在 100 mA/g 下循環(huán)300次后為 361 mAh/g 和在 500 mA/g 下循環(huán)1200次后為 181 mAh/g);同時該研究證明了Ni2P的固定性和單分散性是循環(huán)時無團聚電荷存儲過程的原因,揭示了長期穩(wěn)定性和高容量的原因[15],如圖1。

1.2 自支撐電極

自支撐電極在鈉離子電池中的應用受到了極大的關注,特別是直接在基板上作為柔性電極發(fā)展的納米結構。這些先進的設計策略提供了一種高效的無添加劑電極。Wang等在碳布上制備了Ni2P納米片,作為鈉離子電池的柔性三維負極。這種柔性負極在 0.2 A/g 下可提供 399 mAh/g 的高比容量,在 2 A/g 下,即使在1000次循環(huán)后仍可提供 72 mAh/g[16]。

Li等將Ni2P多面體微孔結構嵌入高粗碳纖維中,將其作為自支撐負極材料。超小Ni2P 顆粒(接近 5 nm)、石墨碳殼和碳纖維的協(xié)同作用緩沖了體積變化,提供了高導電通道,Ni2P 顆粒的均勻分布縮短了Na+擴散路徑,微孔結構賦予了足夠的電解質(zhì)滲透,從而顯著提高了鈉儲存性能,使得該負極材料具有高循環(huán)穩(wěn)定性(在 1000 mA/g 下超過1000次循環(huán),可達到 196.8 mAh/g)和優(yōu)異的倍率性能(在 2000 mA/g 可達到 197.1 mAh/g,并在 100 mA/g 時返回到 752.5 mAh/g)。此外,基于該負極材料的柔性半電池在反復彎曲狀態(tài)后仍具有81.7% 的容量保持率,而全電池在100次循環(huán)后的容量為 185.9 mAh/g[17]。

Chen等通過合理的水熱反應和磷化工藝,獲得了一種自支撐鐵鎳磷復合納米片陣列。納米片陣列結構可以顯著促進電化學反應,而Fe2P和Ni2P的協(xié)同作用可以大大緩解體積膨脹。受益于獨特的設計,鐵鎳磷納米片陣列在 0.1 A/g 下循環(huán)100次后表現(xiàn)出 300.9 mAh/g 的大放電容量,具有較好的Na+儲存能力[18]。

1.3 Ni2P/NiS0.66復合材料

將Ni2P和其它材料精確地構建成三維超結構不僅可以加快晶體結構中的傳輸動力,而且可以在放電和充電過程中保持納米晶體結構。Wu等將Ni2P/NiS0.66異質(zhì)結構均勻地涂有超薄碳層,同時組裝成蛋黃殼納米球;當作為鈉離子電池的負極材料時,表現(xiàn)出優(yōu)秀的電化學性能(在電流密度為0.1、0.2、0.4、0.8和 2 A/g 時,電極的可逆容量分別為320.8、222.7、180.6、147.1和 111.5 mAh/g。且當電流密度在高倍率循環(huán)后恢復到初始電流密度時,容量可以恢復到 189.7 mAh/g)[19]。

1.4 紅磷/Ni-P復合材料

在所有候選負極材料中,紅磷被認為是一種特別有前途的鈉離子電池負極材料,因為它是已商業(yè)化的并且具有高理論比容量 (2596 mAh/g),是已知負極材料中最高的。然而,紅磷存在電導率低、鈉化-脫鈉過程中具有較大的體積變化 (>300%)等問題。為了解決這些問題,紅磷通常與碳混合以形成紅磷-碳復合材料。Liu等提出將化學沉積與化學脫合金相結合,以控制紅磷@Ni-P核@殼納米結構作為鈉離子電池的高性能負極的殼層厚度和組成。首次通過調(diào)節(jié)在紅磷上的化學鍍鎳的脫合金時間合成并制備了不同殼厚和成分的Ni-P、4 h 紅磷@Ni-P、8 h 紅磷@Ni-P、10 h 紅磷@Ni-P和 20 h 紅磷@Ni-P。研究發(fā)現(xiàn),8 h 紅磷@Ni-P復合材料呈現(xiàn)出超高容量(260 mA/g 循環(huán)200次后為 1256.2 mAh/g)、優(yōu)異的倍率性能(5200 mA/g 下為 491 mAh/g)和前所未有的超長循環(huán)(在 5000 mA/g 下2循環(huán)2000次后為 409.1 mAh/g)。其原因為:紅磷顆粒表面原位生成的Ni2P可以促進紅磷與具有高電子電導率的非晶態(tài)Ni-P外殼之間的緊密接觸,從而確保強電極結構完整性、穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面和超快速電子傳輸。這將為優(yōu)化核殼納米結構提供新的策略,為大規(guī)模生產(chǎn)用于鈉離子電池和其他儲能系統(tǒng)的高性能電極提供新的方案[20]。

1.5 雙金屬磷化物復合材料

Huang等通過嵌入P摻雜碳分級微球中的雙金屬磷化物(Ni2P/ZnP4),證明了該材料具有強大的結構完整性、快速的電荷轉(zhuǎn)移和豐富的活性位點。其在鈉離子電池中表現(xiàn)出較高性能,是鈉離子電池負極材料的有力候選者。雙金屬雜化磷化物作為鈉離子電池負極材料,具有良好的倍率性能,在 2000 mA/g 的高電流密度下比容量為 132.4 mAh/g,在 500 mA/g 的電流下循環(huán)穩(wěn)定性超過500次[21]。

2 其他鎳基磷化物

2.1 NiP2

NiP2分為單斜相多晶結構和立方多晶結構,其中的立方多晶結構具有優(yōu)異的電子導電性能,在鈉離子電池中具有 1333 mAh/g 的高理論容量,被視為鈉離子電池負極材料的有力候選者。但同時NiP2作為磷基材料,也具有磷基材料普遍存在的體積變化大,循環(huán)后容量迅速衰減的缺點。

納米材料具有減輕體積變化和提高離子和電子電導率的優(yōu)點,被視為改善磷基材料上述缺點的有效手段。Walter等[22]通過膠體合成方法將NiP2制備為納米晶體,研究其在鈉離子電池中的電化學性能,發(fā)現(xiàn)這些納米晶體顯示出高的電荷存儲容量以及較低的去鈉電位,但容量保持率低(在前10個循環(huán)后下降到 600 mAh/g 以下,在隨后的循環(huán)中下降到 400 mAh/g 以下)。

納米復合材料因其能夠緩解聚集的納米顆粒以及良好的導電性,可有效改善容量保持率低的問題。Lee等[23]通過高能機械研磨方法制備了NiP2/碳顆粒,并將其應用在鈉離子電池的負極中,發(fā)現(xiàn)在電流密度 50 mA/g 下循環(huán)100次和在在電流密度 500 mA/g 下循環(huán)250次后的可逆容量分別為 428 mAh/g 和 231 mAh/g。而Yu等[24]則通過化學氣相沉積法將α-Ni(OH)2進行磷化,然后將得到的NiP2納米粒子封裝在三維石墨烯中,得到NiP2@rGO復合材料;實驗表明當該材料用于鈉離子電池負極中并在 10 A/g 下進行8000次循環(huán)后仍能保持 117 mAh/g 的可逆容量,具有優(yōu)異的循環(huán)性能。同時利用雜原子摻雜引入空位缺陷的方法為解決比容量低的問題提供了一種新思路,Wu等[25]嘗試通過在NiP2納米顆粒中摻雜F原子,并應用在鈉離子電池負極中,發(fā)現(xiàn)在 0.1 A/g 的電流密度下,表現(xiàn)出 585 mAh/g 的高可逆容量和長期循環(huán)穩(wěn)定性(在 2 A/g 下超過1000次循環(huán)后具有 244 mAh/g 的容量),見圖2。

圖2 (a)F-NiP2@碳納米片負極在整個電池的 2 A/g 時的最初三個循環(huán)的充放電曲線[25];(b)F-NiP2@碳納米片負極在 2 A/g 時燃料電池的循環(huán)性能[25]

2.2 NiP3

作為鎳磷化物的一種,NiP3作為富磷磷化物,被認為是用于鈉離子電池負極的優(yōu)良材料,其具有約 1590 mAh/g 的高理論比容量、約 0.5 V vsNa/Na+的低氧化還原電位。Fullenwarth等[26]使用球磨法制備了立方相NiP3,發(fā)現(xiàn)其作為鈉離子電池負極材料時,在15次循環(huán)后可達到 900 mAh/g,是鈉離子電池中有史以來最高的容量之一,但NiP3具有循環(huán)穩(wěn)定性較差的問題。為改善這一問題,Ihsan-Ul-Haq M等[27]以紅磷和碳納米管為原料通過球磨法制備了NiP3/碳納米管(CNT)復合負極材料,并用于鈉離子電池中,測定其具有 853 mAh/g 的高初始可逆容量,在 200 mA/g 下循環(huán) 120 次后容量保持率超過80%,同時具有 363.8 mAh/g 的優(yōu)異高倍率性能。這歸因于紅磷與碳所形成的堅固化學鍵可有效應對體積變化引起的機械應變,同時高導電性碳納米管為電子和鈉離子提供了通路,增強了鈉化動力學,從而提高了循環(huán)性能和速率,如圖3。

圖3 (a)NiP3、碳納米管和NiP3/CNT復合材料的XRD圖譜比較[27];(b)CNT、NiP3、NiP3/CNT混合物和NiP3/CNT復合電極的循環(huán)性能比較[27]

2.3 Ni12P5、Ni5P4

Ni12P5作為富磷磷化物,由于Ni-Ni鍵的比例較高,表現(xiàn)出更強的金屬特性以及相對穩(wěn)定的可循環(huán)性,而Ni12P5因其較低的電子電導率以及較差的穩(wěn)定性限制了其進一步的發(fā)展。為此,Guo等[28]設計了一種無模板回流法制備了新型中空結構的碳包覆Ni12P5納米晶體,有效改善了Ni12P5的鈉儲存能力和循環(huán)穩(wěn)定性,在 100 mA/g 循環(huán)100次時可逆容量可達到 235 mAh/g,如圖4。而使用化學沉積法涂覆金屬的方法也被視為改善循環(huán)穩(wěn)定性的有效方法之一。例如,Shimizu等[29]使用化學沉積法將磷用Ni覆蓋到5%、10%、20%和30%的量,通過XRD表明Ni通過磷內(nèi)部的表面擴散,最外表面為Ni,向中心依次為 Ni12P5、NiP2和NiP3,進一步證實了Ni12P5具有高比例的Ni-Ni鍵;同時發(fā)現(xiàn)30% Ni包覆的磷復合材料表現(xiàn)出優(yōu)于其他電極的循環(huán)性能,即使在第60次循環(huán)之后,也保持了 780 mAh/g 的可逆容量,相當于硬碳電極的兩倍或更多。

圖4 (a)新型中空結構的碳包覆Ni12P5納米晶體在 100 mA/g 下的循環(huán)性能[28];(b)Ni5P4@石墨烯和Ni5P4在 0.2 A/g 下的循環(huán)性能[30]

而同樣作為富磷磷化物的Ni5P4除上述優(yōu)點外,還具有 767 mAh/g 的高理論容量,但其作為鈉離子電池負極材料時,鈉離子嵌入/脫出時造成的體積變化導致其電化學性能較差。針對這一問題,Zheng等[30]以球形α-Ni(OH)2為原材料,通過水熱法制備了由石墨烯納米結構包裹的三維分級Ni5P4納米球,并用作鈉離子電池負極,發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異的電化學性能(在 0.2 A/g 下循環(huán)200次后的比容量可達到 304 mAh/g),如圖4。

3 總結與展望

本文綜述了鎳基磷化物在鈉離子電池負極材料中的研究進展。鎳基磷化物作為金屬磷化物的一種,具有高的理論容量及出色的電化學性能,但在鈉嵌入/脫出過程中的體積膨脹,顆粒團聚及導電性差等問題嚴重限制了它的實際應用。針對這些問題,研究者采取了以下幾種解決方案:

1)將鎳基磷化物與導電材料(石墨烯,碳納米管等)復合,形成鎳基磷化物/碳復合材料,可有效促進電子傳輸,抑制體積膨脹和顆粒團聚,并增強導電性。

2)對于鎳基磷化物進行納米結構設計,如將鎳基磷化物制備為納米晶體或各種納米復合材料及自支撐電極等。納米結構可有效縮短離子擴散距離,提高離子和電子電導率,同時還能減輕體積變化。

3)將鎳基磷化物與其它材料進行復合,如Ni2P/NiS0.66復合材料,雙金屬磷化物復合材料,紅磷/Ni-P復合材料等??娠@著提高鎳基磷化物的電化學性能。

上述方法已取得了顯著成效,其中將幾種方案有效結合的方式更是成為了主要的研究方向并取得了巨大進展。但仍然需要進一步提高鈉離子電池鎳基磷化物負極材料的電化學性能。故未來的研究方向可重視以下幾個方面:

1)涂層及摻雜方法。涂層方法可極大提高電子傳輸速率以及有效保持電極結構完整性,摻雜方法可以增加P的空位,有效增加Na+吸附的活性位點,提高儲鈉能力。這兩種較新方法在研究中均展示出了鎳基磷化物高的循環(huán)穩(wěn)定性和高可逆容量(如在 2 A/g 下超過1000次循環(huán)后具有 244 mAh/g 的容量),可進一步研究。

2)進一步對儲鈉機制進行研究,針對不同材料對于鎳基磷化物的影響,其形成的鈉離子電池負極材料的儲鈉機制的變化應進行詳細研究和完善。

3)對于導電材料和納米結構設計等方法進行進一步探索,如尋找新的材料或新的制備方法和更加合理的方案結合設計。

總之,科研工作者都在用各種方法對鎳基磷化物鈉離子電池負極材料的性能進行優(yōu)化和改進,以獲得更高的儲鈉量和更優(yōu)異的電化學性能。因此隨著進一步的研究和研究者的不懈努力,上述問題相信會得到改善和克服,而這也將有效推動鈉離子電池的規(guī)模化實際應用。

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電源技術(2015年2期)2015-08-22 11:28:30
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