物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (12): 2001003.doi: 10.3866/PKU.WHXB202001003
王思岚1, 杨国锐1,2,3,*(), SalmanNasir Muhammad1,4, 王筱珺1, 王嘉楠1,3, 延卫1,*(
)
收稿日期:
2020-01-02
录用日期:
2020-03-06
发布日期:
2020-03-16
通讯作者:
杨国锐,延卫
E-mail:yangguorui@xjtu.edu.cn;yanwei@xjtu.edu.cn
作者简介:
杨国锐,1985年生。2014年获西安交通大学动力工程及工程热物理专业博士。现为西安交通大学理学院助理研究员,主要从事光电材料和二次离子电池电极材料开发与应用研究基金资助:
Silan Wang1, Guorui Yang1,2,3,*(), Nasir Muhammad Salman1,4, Xiaojun Wang1, Jianan Wang1,3, Wei Yan1,*(
)
Received:
2020-01-02
Accepted:
2020-03-06
Published:
2020-03-16
Contact:
Guorui Yang,Wei Yan
E-mail:yangguorui@xjtu.edu.cn;yanwei@xjtu.edu.cn
About author:
Email: yanwei@xjtu.edu.cn (W.Y.)Supported by:
摘要:
钠离子电池因丰富的钠储量以及与锂离子电池相似的工作原理,是重要的可替代锂离子电池的新型储能技术。但是较低能量密度和功率密度阻碍了钠离子电池的大规模应用。因此高性能钠离子电池电极材料特别是负极材料的研发成为钠离子电池发展的关键。磷基电极材料具有较高的理论容量,且储量丰富价格低廉,因此其成为极具应用前景的钠离子电池负极材料。然而,导电性差和过大的体积膨胀导致磷基负极容量和循环寿命低,通过尺寸结构调控和与碳基或非碳基材料复合能够有效缓解磷基电极材缺陷,从而提高钠离子电池的循环容量、稳定性与倍率性能。本文详细综述了近年来磷基钠离子电池负极材料的最新研究进展,主要包括储钠机理和改性策略,总结了目前磷基负极材料研究存在的问题,并提出了解决这些问题的方法和策略,最后对钠离子电池发展前景进行了展望。
MSC2000:
王思岚, 杨国锐, SalmanNasir Muhammad, 王筱珺, 王嘉楠, 延卫. 磷基钠离子电池负极材料研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(12): 2001003.
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表1
钠与锂的性质比较"
Na | Li | |
Price | ~2 RMB·kg-1 | ~40 RMB·kg-1 |
Cost of carbonate | 5800 $·ton-1 | 250–300 $·ton-1 |
E vs. SHE | -2.7 V | -3.04 V |
lattice coordination | Octahedron and prismoid | Octahedron and tetrahedron |
Ionic radii | 0.102 nm | 0.076 nm |
Theoretical capacity | 1.16 Ah·g-1 | 3.861 Ah·g-1 |
Abundance | 23.6 × 103 mg·kg-1 | 20 mg·kg-1 |
Distribution | Everywhere | 70% in South America |
Atomic weight | 22.99 g·mol-1 | 6.94 g·mol-1 |
First ionization energy | 495.8 kJ·mol-1 | 520.2 kJ·mol-1 |
表2
磷基钠离子电池负极材料"
Materials | Potential [V] | Current density [mA·g-1] | Reversible capacity [mAh·g-1] | Cycle Number | Capacity Retention [%] | Ref. | |
RP | Hollow RP Nanospheres | 0.01–2.0 | 520 | 1364.7 | 600 | 63.8 | |
Hollow Nanoporous RP | 0.01–2.0 | 2600 | 857.3 | 1000 | 98.94 | ||
RP/super P | 0.01–1.5 | 143 | 1890* | 30 | 93 | ||
RP/super P | 0.01–2 | 250 | 1200* | 60 | – | ||
RP@CMK-3 composite | 0.01–2.5 | 519 | 1020* | 210 | 80 | ||
RP-N-MPC | 0.01–2.5 | 150 | 600 | 100 | 45.6 | ||
RP/NCF(N-doped carbon nanofiber) | 0.01–2.5 | 100 | 731* | 55 | 57.3 | ||
RP/CFs@rGO | 0.01–1.5 | 50 | 725.9 | 55 | 55.3 | ||
RP/CNTS | 0.01–1.5 | 143 | 1675* | 10 | 76.6 | ||
Red P-SWCNTS | 0.01–2.0 | 50 | 700 | 2000 | 80 | ||
RP@AC@CNT | 0.01–2.0 | 519 | 1357 | 50 | 92.2 | ||
RP@HPC | 0.01–2.0 | 150 | 1290* | 200 | 88 | ||
RP/G | 0.01–2.0 | 260 | 2077* | 60 | 81.8 | ||
RP/Graphene scrolls(RP-G) | 0.01–2.0 | 250 | 2355* | 150 | 92.3 | ||
RP/C@rGO | 0.01–2.0 | 100 | 2445* | 100 | 95 | ||
RP@rGO | 0.01–1.75 | 300 | 1211 | 300 | 75.5 | ||
RP/rGO | 0.01–1.75 | 1000 | 1625* | 200 | 57.9 | ||
RPQDs/rGO | 0.01–2.0 | 200 | 1161 | 250 | 72.1 | ||
NPRP@rGO | 0.01–2.0 | 173.26 | 1249.7* | 150 | 59.24 | ||
RP/GnP | 0.01–1.5 | 100 | 1146 | 200 | 92.5 | ||
C@RP/GA | 0.01–2.0 | 260 | 1867* | 100 | 89.5 | ||
S-P/rGO | 0.01–2.5 | 2600 | 1364.1* | 700 | – | ||
APC | 0.01–2.0 | 100 | 1408* | 300 | 82.6 | ||
RP/Sb/Cu nanowires-composite | 0.01–1.5 | 125 | 1100 | 50 | 95 | ||
RP-SPAN | 0.01–2.0 | 520 | 1300 | 100 | 91 | ||
RP-TiP2-C nanocomposite | 0.01–1.5 | 200 | 607 | 100 | 79.3 | ||
RP-TiO2-C | 0.01–2.0 | 500 | 632 | 100 | 81.5 | ||
Fe3O4/C/RP | 0.01–3.0 | 200 | 1390 | 200 | 80 | ||
RP/CNTs@PD | 0.01–2.0 | 2600 | 730* | 2000 | 52 | ||
Fe-RP | 0.01–2.0 | 400 | 1033 | 30 | 62.9 | ||
BP | Ni-BP | 0.01–2.0 | 260 | 780 | 60 | 48.4 | |
E-BP/PEDOT | 0.01–3.0 | 100 | 1597 | 100 | 51.51 | ||
P/C nanocomposites | 0.33–2.0 | 100 | 400 | 100 | – | ||
BP-C | 0.005–1.5 | 100 | 1381* | 100 | 90.5 | ||
BPC | 0.01–2.0 | 1300 | 1700* | 100 | – | ||
BP-CNT | 0.01–2.0 | 519.2 | 1560 | 200 | 75.3 | ||
SPG | 0.02–1.5 | 50 | 2080* | 200 | 85 | ||
RBP | 0.01–3.0 | 1000 | 650 | 200 | – | ||
2D-BP/G | 0.02–1.5 | 100 | 1297 | 100 | 54.84 | ||
BP/rGO | 0.01–1.5 | 1000 | ~1250 | 500 | 74.39 | ||
PGH | 0.02–1.5 | 100 | 2311* | 200 | 83.9 | ||
Phosphides | Sn4P3 | 0.01–1.5 | 100 | 718 | 100 | – | |
Sn4 + xP3(Sn-P) | 0.01–1.5 | 100 | 465 | 100 | 92.6 | ||
Sn-P | 0.001–1.5 | 100 | ~560 | 100 | 83 | ||
multi-shell Sn4P3 NSs | 0.01–2.0 | 50 | 770 | 50 | 96 | ||
SnP NCs | 0.01–2.5 | 100 | 600 | 200 | – | ||
Sn4P3/C | 0.01–2.0 | 50 | 850 | 150 | 86 | ||
SnP3/C | 0.01–2.0 | 150 | 810 | 150 | – | ||
Sn4P3@C | 0.01–2.0 | 100 | 516 | 500 | 55.3 | ||
Sn4P3-C nanospheres | 0.01–2.0 | 200 | 650 | 50 | 53.72 | ||
hollow Sn4P3@C | 0.01–3.0 | 200 | 372 | 200 | 63.37 | ||
Sn4P3/rGO | 0.01-3.0 | 100 | 506 | 100 | – | ||
Sn4P3-P@G | 0.01–2.0 | 1000 | 550 | 1000 | 84.36 | ||
Sn4P3-GA | 0.01–3.0 | 100 | 657 | 100 | 55.68 | ||
Cu4SnP10/MWCNTs | 0.01–2.0 | 100 | 512 | 100 | ~80 | ||
CSP@C/G | 0.01–2.0 | 50 | 990 | 200 | ~80 | ||
Sn5SbP3/C | 0.01–2.0 | 500 | 432 | 200 | – | ||
Sb2S3-P/C | 0.01–2.0 | 50 | 654 | 100 | 93.4 | ||
GeP5/C | 0.01–3.0 | 100 | 1250 | 60 | 98 | ||
GeP5/C | 0.01–3.0 | 150 | 411.5 | 30 | 59.2 | ||
GeP5/AB/p-rGO | 0.01–3.0 | 500 | 400 | 50 | 81.6 | ||
MGePx | 0.01–2.0 | 360 | 704 | 100 | 86.06 | ||
FeSi4P4 | 0.01–2.0 | 100 | 180 | 100 | 99 | ||
SiP2/C | 0.01–2.0 | 50 | 410 | 100 | – | ||
FeP | 0.01–1.5 | 50 | 321 | 60 | 69 | ||
FeP4 | 0.01–2.0 | 89.45 | 1023 | 30 | 90 | ||
FeP NRs/Ti | 0.01–2.5 | 100 | 309 | 1000 | – | ||
FeP/graphite | 0.01–1.5 | 50 | 174 | 70 | 58 | ||
CNT@FeP-C | 0.01–3.0 | 3000 | 321 | 1200 | 95 | ||
M-FeP@C | 0.01–3.0 | 100 | 474 | 100 | 43.56 | ||
FeP/NPG | 0.01–2.5 | 50 | 613 | 50 | – | ||
FeP NAs/CC | 0.01–3.0 | 200 | 548 | 100 | 99.8 | ||
IPs/BC | 0.01–3.0 | 50 | 500.9 | 100 | 51.94 | ||
CuP2/C | 0.01–2.5 | 150 | ~430 | 30 | 67.14 | ||
CuP2/C | 0.01–1.5 | 50 | ~450 | 100 | 95 | ||
CuP2@GNs | 0.01–2.75 | 100 | 804 | 50 | 91.6 | ||
Sb-CuP2-C | 0.01–2.0 | 100 | 410 | 100 | ~80 | ||
Cu3P-Co2P/N-C | 0.005–3.0 | 100 | 166.4 | 50 | 38.7 | ||
Cu3P@C | 0.01–3.0 | 300 | 286 | 300 | – | ||
Co2P@NC@rGO | 0.01–3.0 | 50 | 225 | 100 | 66.96 | ||
CoP/rGO | 0.01–3.0 | 100 | 490 | 100 | 36.35 | ||
CoP4/CF | 0.01–1.5 | 300 | 851 | 300 | 50.33 | ||
CoP3@C | 0.01–2.5 | 100 | 212 | 80 | 77.6 | ||
Ti3C2/NiCoP | 0.01–3.0 | 100 | 374.8 | 100 | 49.88 | ||
NiP3/CNT | 0.01–1.5 | 200 | 853 | 120 | 80 | ||
Ni2.3FeP3.4/CNT | 0.01–3.0 | 100 | 335.1 | 120 | – | ||
Ni2P@C | 0.01–3.0 | 50 | 296 | 200 | 39.95 | ||
Ni2P Ns/CC | 0.01–3.0 | 200 | 399 | 100 | 90 | ||
Ni2P@C yolk-shell | 0.01–3.0 | 100 | 291.9 | 300 | 62.91 | ||
MoP2 | 0.01–2.5 | 40 | 205 | 100 | 75 | ||
MoP@C | 0.01–3.0 | 100 | 230.3 | 50 | 99.6 | ||
H-MoP@rGO | 0.01–3.0 | 1000 | 353.8 | 600 | 32.34 |
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