近日,中科院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒、副研究員鄭瓊團(tuán)隊(duì)和燕山大學(xué)教授唐永福團(tuán)隊(duì)合作,在鈉/鋰離子電池電極儲能機(jī)理研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。
近年來,鈉離子電池研究受到國內(nèi)外廣泛關(guān)注,取得快速發(fā)展。研究發(fā)現(xiàn),具有較高鈉離子儲存性能和循環(huán)穩(wěn)定性的電極材料,對于提高鈉離子電池的能量密度和倍率性能十分重要。
研究中,團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種珊瑚狀磷化鐵(FeP)復(fù)合材料,該材料可錨定FeP納米顆粒,并將其均勻分散在氮(N)摻雜的三維碳骨架(FeP@NC)上。珊瑚狀FeP@NC復(fù)合材料具有較短的電荷轉(zhuǎn)移路徑和較高的導(dǎo)電氮摻雜碳網(wǎng)絡(luò),可顯著改善復(fù)合材料的電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué)。同時,由于FeP納米顆粒周圍具有高度連續(xù)的N摻雜碳骨架和彈性緩沖的石墨化碳層,基于FeP@NC復(fù)合材料的鈉離子電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)性能,在10安培/克下經(jīng)10000次循環(huán)后其容量保持率為82.0%。
更為重要的是,針對循環(huán)過程中電池容量逐漸上升的現(xiàn)象,研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合電化學(xué)研究和原位電鏡表征分析,證實(shí)了一種獨(dú)特的顆粒細(xì)化在循環(huán)過程中提高容量的作用機(jī)制,這種容量提升效果在小電流下表現(xiàn)得更為顯著。研究表明,均勻分布在氮摻雜碳基體上的FeP納米顆粒,在第一個循環(huán)中經(jīng)歷了細(xì)化—復(fù)合過程,經(jīng)過數(shù)次循環(huán)后呈現(xiàn)出全區(qū)域細(xì)化的趨勢,這種細(xì)化對周圍的非晶碳產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸附作用,引起復(fù)合材料石墨化度和界面磁化強(qiáng)度逐漸增加,為鈉離子的存儲提供了更多的額外活性中心,進(jìn)而提高了循環(huán)容量。這種容量提升機(jī)制也可以擴(kuò)展到鋰離子電池。研究發(fā)現(xiàn),在10安培/克下,經(jīng)5000次循環(huán)后,基于FeP@NC復(fù)合材料的鋰離子電池的容量保持率為90.3%,超過了已報道的FeP基復(fù)合材料的容量保持率。
該研究提出了一種在循環(huán)過程中經(jīng)顆粒細(xì)化誘導(dǎo)提高電池容量的新策略,為設(shè)計(jì)高性能的鈉/鋰離子電池負(fù)極材料提供了新思路。
原標(biāo)題:在鈉/鋰離子電池電極儲能機(jī)理研究方面取得新進(jìn)展