莊 林

(武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，武漢 430072)

基于P2-Na0.7CoO2微球的高性能鈉離子電池正極材料

莊 林

(武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院，武漢 430072)

鈉具有資源豐富、價格低廉、環(huán)境友好以及與鋰相似的電化學(xué)性質(zhì)等特點。相比于鋰離子電池，鈉離子電池更適合應(yīng)用于大規(guī)模儲能，近年來得到了研究人員的廣泛關(guān)注1,2。目前，所研究的鈉離子電池正極材料主要有層狀金屬氧化物、隧道型金屬氧化物、普魯士藍(lán)類化合物和聚陰離子型化合物等。其中，層狀過渡金屬氧化物正極材料由于體系豐富、電化學(xué)活性元素多而成為研究的重點3。然而，由于其電化學(xué)反應(yīng)過程中存在較多的相變和結(jié)構(gòu)變化，層狀過渡金屬氧化物材料的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性都受到一定的限制，還難以滿足實際應(yīng)用的需求。因此，尋找有效的策略來提升循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能，成為層狀過渡金屬氧化物正極材料研究的重點和難點。

最近，新加坡南洋理工大學(xué)樓雄文教授課題組、浙江大學(xué)遇鑫遙研究員課題組，報道了一種高性能的微球結(jié)構(gòu)的 P2-Na0.7CoO2鈉離子電池正極材料，相關(guān)結(jié)果發(fā)表在 Angewandte Chemie International Edition雜志上4。他們以CoCO3微球為前驅(qū)體自模板，合成了均勻的P2-Na0.7CoO2微球。該微球結(jié)構(gòu)不僅能夠提高材料的振實密度，而且也減少了電極活性材料與電解液的接觸面積，進(jìn)而有效抑制了反應(yīng)過程中副反應(yīng)的發(fā)生以及電極活性材料的溶解。同時，得益于其高結(jié)晶度和高純相的特點，該P2-Na0.7CoO2材料表現(xiàn)出較高的可逆比容量(125 mAh·g?1)、優(yōu)異的倍率性能(在 16C 倍率下有64 mAh·g?1的可逆比容量)和較長的循環(huán)穩(wěn)定性(循環(huán)300周，容量保持率為86%)。更加重要的是，該研究中微球結(jié)構(gòu)的層狀過渡金屬氧化物的合成策略具有一定的普適性，被成功的拓展到P2-Na0.7MnO2和O3-NaFeO2等微球材料的制備，這兩種材料同樣表現(xiàn)出較好的電化學(xué)性能。

這一研究成果提供了一種制備高性能層狀過渡金屬氧化物正極材料的新策略，為鈉離子電池的發(fā)展和應(yīng)用提供新的思路和方向。

(1) Ortiz-Vitoriano, N.; Drewett, N. E.; Gonzalo, E.; Rojo, T. Energy Environ. Sci. 2017, doi: 10.1039/c7ee00566k

(2) Fang, Y. J.; Chen, Z. X.; Ai, X. P.; Yang, H. X.; Cao, Y. L. Acta Phys. - Chim. Sin. 2017, 33, 211. [方永進(jìn), 陳重學(xué), 艾新平, 楊漢西,曹余良. 物理化學(xué)學(xué)報, 2017, 33, 211.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201610111

(3) Pan, H. L.; Hu, Y. S.; Chen, L. Q. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 2338.doi: 10.1039/c3ee40847g

(4) Fang, Y. J.; Yu, X. Y.; Lou, X. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2017,doi: 10.1002/ange.20170202

A High-Performance Cathode for Sodium-Ion Batteries Based on Uniform P2-Na0.7CoO2Microspheres

ZHUANG Lin
(College of Chemistry and Molecular Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, P. R. China)

10.3866/PKU.WHXB201705031 www.whxb.pku.edu.cn