Chem. Soc. Rev.:聚阴离子型钠离子电池正极材料

北2北

2020-03-30

室温钠离子电池凭借丰富额原料来源和低廉的成本等优势而被视为智能电子设备以及大规模储能系统的首选。相比传统的过渡金属层状氧化物正极材料，聚阴离子型正极材料由于具有较高的工作电压以及稳定的三维结构框架等优势而备受瞩目。不过，聚阴离子型正极材料的电子电导率较低且容量十分有限，这使得其商品化发展面临着瓶颈。在这篇综述中，南开大学的焦丽芳教授等对近年来聚阴离子型正极材料在钠离子电池中的研究进展进行了全面地总结概括。

本文要点

1) 文章首先对聚阴离子型电极材料Na_xM_y(XO₄)_n (X = S, P, Si, As, Mo, W; M = 过渡金属)的结构进行简单介绍。作者将聚阴离子型正极的特征总结为高氧化还原电势、高热稳定性和低电子电导三方面。高氧化还原电势源自于聚阴离子的诱导效应。优异的热稳定性得益于氧原子的共价键联作用而电子电导则受限于晶体结构。

2) 文章的主体部分是聚阴离子型电极材料在钠离子电池中的相关研究进展。作者对磷酸盐、焦磷酸盐、氟代聚阴离子化合物、混合磷酸盐、硫酸盐以及硅酸盐等几大类典型的聚阴离子正极材料的结构和电化学反应机制进行了详细梳理并针对每种材料的特点给出了电化学性能改善的相关策略。

3) 作者在文章最后对钠离子电池中聚阴离子型电极材料发展所面临的挑战进行了总结：（1）本征电子电导率低导致钠离子扩散动力学缓慢：需要利用与导电碳复合、降低晶体尺寸、优化形貌等措施提高电子电导；(2)一些高压聚阴离子型正极材料缺乏相适配的电解液体系；（3）由于质量较大的非活性原子存在因而需要折中高电压和高稳定性；（4）很多聚阴离子电极材料含有有毒元素容易造成环境污染；（5）实际放电容量与理论比容量之间仍存在着差距。

Ting Jin et al, Polyanion-type cathode materials for sodium-ion batteries, Chem. Soc. Rev. 2020

DOI: 10.1039/C9CS00846B

https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2020/CS/C9CS00846B#!divAbstract