中國(guó)粉體網(wǎng)訊  近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)設(shè)計(jì)思路創(chuàng)新，成功研發(fā)出一種具有多離子設(shè)計(jì)策略的高性能鈉離子全電池。相關(guān)研究成果A Multi-Ion Strategy towards Rechargeable Sodium-Ion Full Batteries with High Working Voltage and Rate Capability（《多離子設(shè)計(jì)策略的高電壓、高倍率鈉離子全電池》）在線發(fā)表于國(guó)際化學(xué)期刊Angewandte Chemie International Edition（《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》）（DOI: 10.1002/anie.201810575）。

　　在堿金屬元素中，鈉具有儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì)。因此，鈉離子電池在大規(guī)模儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，鈉的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)（-2.71 V vs. SHE）高于鋰（-3.04 V vs. SHE），導(dǎo)致鈉離子電池具有較低的工作電壓。此外由于鈉離子半徑較大（Na: 0.98埃 vs. Li: 0.69埃），使得其傳輸動(dòng)力學(xué)較差，并且易導(dǎo)致較大的電極材料膨脹，從而限制了鈉離子電池的倍率和循環(huán)性能。

　　基于上述考慮，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員蔣春磊、方月等人成功研發(fā)出一種多離子設(shè)計(jì)策略（Na+/Li+/PF6-）的新型鈉離子全電池。其中正極材料為膨脹石墨，負(fù)極采用可以同時(shí)與Na和Li發(fā)生合金化反應(yīng)的金屬材料，并進(jìn)行集流體/活性材料一體化設(shè)計(jì)，同時(shí)采用多離子設(shè)計(jì)的Na+/Li+/PF6-有機(jī)電解液。這種多離子設(shè)計(jì)策略具有兩大優(yōu)勢(shì)：一方面，利用陰離子（PF6-）插層石墨具有高電勢(shì)的特點(diǎn)，顯著提升了鈉離子電池的工作電壓；另一方面，多離子設(shè)計(jì)策略可有效提升電池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，并降低金屬負(fù)極在合金化過(guò)程中的體積膨脹，從而大幅改善了倍率性能和循環(huán)壽命。研究結(jié)果表明，這種策略設(shè)計(jì)的鈉離子電池具有高達(dá)~4.0 V的工作電壓；同時(shí)獲得了高達(dá)30 C（2 min充放電）的倍率性能和500圈（容量保持率95%，5 C倍率）的循環(huán)壽命。該研究成果為提升鈉離子電池電化學(xué)性能提供了新的解決思路。

　　該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)青項(xiàng)目、中科院STS項(xiàng)目、深圳市科技計(jì)劃項(xiàng)目等的資助。

（a）錫負(fù)極的充放電曲線；（b, c）Na、Li與Sn發(fā)生可逆共合金化反應(yīng)；（d）陰離子（PF6-）插層石墨具有良好的可逆性；（e）錫負(fù)極原位電化學(xué)應(yīng)力測(cè)試證明合金化反應(yīng)過(guò)程中具有良好的力學(xué)可逆性；（f）Na和Li原子在Sn晶格中的擴(kuò)散路徑和相應(yīng)的擴(kuò)散能壘（g）；合金相NaSn（h）和Li2Sn5（i）的態(tài)密度圖。

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/平安）