国家科学评论《NSR》：用于超高能量密度正极的高效p型掺杂电位调节策略

Nanoyu

2020-07-29

电动汽车对超高能量密度（ED）电池的需求日益增长，从实验和多尺度计算的角度激发了研究人员对新型电极材料的不断探索。为了获得更高的能量密度，电池必须由匹配良好的正极和负极组成：(i)最大限度地增加可用于(脱)嵌入的离子量；(ii)当载流子在电极之间转移时，具有大的吉布斯自由能变化；(iii)重量轻。负极通常比正极具有更高的锂离子存储容量，经过不断的努力， 目前广泛使用的过渡金属氧化物（TMO）正极的容量已经提高到∼300 mAh g^-1以上。碳质材料具有很高的容量，但其低电位限制了在负极上的应用。

近日，江西师范大学欧阳楚英教授，上海大学施思齐教授报道了以石墨为负极，研究了p型掺杂策略在改变费米能级和大幅度提高电化学电池正极电位方面的可行性。

文章要点

1）实验结果表明，在新设计的Li(Na)BCF₂和Li(Na)B₂C₂F₂正极中，p型掺杂时导致费米能级下降，平均Li⁺(Na⁺)脱嵌电势高达3.49（2.78）V和3.63（2.85）V ，并分别可以提供395.4（319.6）mAh g^-1和295.8（251.2）mAh g^-1的理论容量。

2）Li(Na)BCF₂和Li(Na)B₂C₂F₂的重量能密度分别达到了Li⁺(Na⁺)存储的1379.9（888.5）和1073.8（715.9）Wh kg^-1的创纪录水平。

该研究工作揭示了基于能带结构工程设计用于具有超高能量密度的下一代阴极的有效途径。

Zhiqiang Wang, et al, Efficient potential-tuning strategy through p-type doping for designing cathodes with ultrahigh energy density National Science Review, nwaa174

DOI：10.1093/nsr/nwaa174

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa174