在过去的三十年中，锂离子电池（LIBs）作为消费电子产品，电动汽车（EVs）和电网规模储能系统（ESS）等储能领域中的通用电源引起了广泛关注。然而，由于有限的锂资源导致的成本增加无法满足对LIB的不断增长的需求，以及钠资源的储量丰富和低成本，人们研究用钠离子电池（SIBs）替代传统的LIBs。

近日，韩国首尔大学Seong-Hyeon Hong报道了通过高能机械研磨（HEMM）合成了富磷的6-MnP4纳米颗粒，并研究了其作为锂离子电池（LIBs）和钠离子电池（SIBs）负极的电化学性能，电化学活性和反应机理。

文章要点

1）采用HEMM，研究人员成功地合成了具有三斜结构（P-1）的6-MnP4纳米颗粒，它们由5至20 nm大小的微晶组成。

2）研究发现，在锂化过程中，MnP₄相进行顺序合金化（MnP₄ + 7 Li⁺ + 7 e^-→Li₇MnP₄）和转化（Li₇MnP₄ + 5 Li⁺ + 5 e^-→Mn⁰ + 4 Li₃P）反应。另一方面，MnP₄纳米颗粒在嵌钠过程中直接转化为Mn⁰和Na₃P，而没有形成中间的Na–Mn–P合金相。

3）实验结果显示，MnP4电极显示出高初始放电和充电容量（LIB分别为1876和1615 mAh g^-1，SIB则为1234和1028 mAh g^-1）和高初始库仑效率（LIB为86％，SIB为83％）。此外，通过形成MnP₄/石墨烯纳米复合材料和钒取代的Mn_0.75V_0.25P₄固溶体，可以进一步提高MnP₄的长期循环性和高倍率性能。

参考文献

Kyeong-Ho Kim Seong-Hyeon Hong, Manganese Tetraphosphide (MnP₄) as a High Capacity Anode for Lithium-Ion and Sodium-Ion Batteries, Adv. Energy Mater. 2021

DOI: 10.1002/aenm.202003609

https://doi.org/10.1002/aenm.202003609