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文 章 信 息
上海大學(xué)AEM：綠色合成過渡金屬磷化物，93%的超高初始庫(kù)侖效率和-40℃的低溫鈉離子電池性能
第一作者：劉一鳴，胡慶敏
通訊作者：趙玉峰
單位：上海大學(xué)、福州大學(xué)、上海交通大學(xué)
研 究 背 景
鈉離子電池（SIBs）因其可觀的能量密度和成本效益，被視為鋰離子電池的補(bǔ)充性替代方案。此外，較大的Na+尺寸賦予其優(yōu)異的低溫脫溶劑化能力，即使在零下數(shù)十?dāng)z氏度的環(huán)境中仍能保持良好電化學(xué)性能。然而，低溫鈉離子電池的實(shí)際應(yīng)用仍面臨電化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)遲緩和低溫下鈉枝晶生長(zhǎng)加劇等挑戰(zhàn)，尤其在負(fù)極側(cè)表現(xiàn)顯著。目前，硬碳是鈉離子電池中研究最廣泛的負(fù)極材料，也是商業(yè)負(fù)極材料的首選。但硬碳負(fù)極充放電電位平臺(tái)低（<0.1 V vs. Na+/Na），以及其基于鈉團(tuán)簇孔內(nèi)沉積的儲(chǔ)鈉方式，會(huì)大幅增加鈉離子電池的安全隱患；同時(shí)硬碳平臺(tái)區(qū)緩慢的Na+傳輸動(dòng)力學(xué)顯著限制了其倍率性能。更重要的是，現(xiàn)有硬碳材料的振實(shí)密度通常極低（≤0.9克·厘米?3），導(dǎo)致體積容量嚴(yán)重不足，這成為其大規(guī)模應(yīng)用的主要瓶頸。基于轉(zhuǎn)化或合金反應(yīng)的負(fù)極材料（如過渡金屬磷化物）可有效突破硬碳體積能量密度的限制，降低安全隱患，但仍需要解決初始庫(kù)侖效率（ICE）低、循環(huán)穩(wěn)定性不足及低溫性能差等問題。
文 章 簡(jiǎn) 介
基于此，上海大學(xué)趙玉峰/張久俊團(tuán)隊(duì)通過綠色合成方法制備了氮摻雜碳量子點(diǎn)修飾的Cu3P納米顆粒，錨定于碳纖維（CF@Cu3P-CQDs）作為鈉離子電池（SIBs）負(fù)極材料，實(shí)現(xiàn)了高能量和低溫應(yīng)用。該結(jié)構(gòu)使電極/電解液之間接觸良好，促進(jìn)了均勻致密的固體電解質(zhì)界面膜的形成，從而實(shí)現(xiàn)了93%的高初始庫(kù)侖效率和1343 mAh·cm-3的體積容量。弛豫時(shí)間分布分析表明，CF@Cu3P-CQDs在電解液-固態(tài)電解質(zhì)界面-電極材料界面之間具有快速的Na+傳輸能力和Na+擴(kuò)散能力，這是其高倍率性能（0.1-50 C時(shí)容量為369-101 mAh·g-1）和低溫性能（-20/-40℃下0.1C時(shí)容量為368/350 mAh·g-1）的主要原因。此外，CF@Cu3P-CQDs直接與三種正極材料（P2型Na0.78Ni0.31Mn0.67Nb0.02O2、碳包覆的Na3V2(PO4)3和低成本的Na4Fe3(PO4)2P2O7）組裝成全電池且無(wú)需預(yù)鈉化處理。該工作為深入理解TMPs在充/放電過程中電子/離子傳輸動(dòng)力學(xué)提供了基礎(chǔ)，為TMPs的實(shí)際應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。該成果以“Green Synthesis of Cu3P to Achieve Low-Temperature and High Initial Coulombic Efficiency Sodium Ion Storage”為題發(fā)表在“Advanced Energy Materials”期刊。
文章鏈接
Liu, Y., Hu, Q., Shi, Q., Zhao, S., Hu, X., Feng, W., Xu, J., Zhang, J., & Zhao, Y. (2025). Green Synthesis of Cu?P to Achieve Low-Temperature and High Initial Coulombic Efficiency Sodium Ion Storage. Advanced Energy Materials, 2500723. https://doi.org/10.1002/aenm.202500723