在大规模电化学储能系统中利用锂离子电池(LIBs)的尝试已初见成效,以锂金属为负极的固态锂离子电池也得到了良好的发展。然而,对LIBs来说,需求/成本的急剧增加,以及两种最重要的金属元素(Li&Co)储量有限,引发了人们对其未来发展的担忧。采用先进的无Co正极的钠离子电池(SIBs)在解决“锂恐慌”和“钴恐慌”方面显示出巨大的潜力,近年来也取得了显著的进展。
基于此,南京大学周豪慎教授,郭少华综述了近年来用于高性能SIBs的无Co正极材料的研究进展。总结了影响正极结构稳定性的关键因素,重点总结了了提高无Co正极材料结构/电化学稳定性的各种有效策略。
文章要点
1)作者首先概述了Co在正极材料中的作用,如合成严格、物相复杂、电化学性能和空气稳定性。然后,综述和深入分析了几种适用于高可逆钠化/脱钠的包括层状氧化物、隧道氧化物、PBAs和多阴离子化合物等在内的正极结构的固有结构特点和电化学性质。在此之后,引入了多种电化学活性非钴金属元素(例如,Mn、Fe、Ni、V和Cr),构建在合适的正极结构中,以实现稳定的SIBs。
2)作者总结了电化学稳定性与相变、颗粒裂纹、过渡金属板条滑移、晶格畸变、晶格氧氧化和过渡金属迁移/溶解之间的内在联系,并强调了提高结构和电化学稳定性的一些策略(如形貌控制、表面/界面工程以及复合材料的协同效应)。
3)作者最后总结了用于SIB的稳定无钴正极研究仍面临的挑战和未来的发展前景。
参考文献
Shiyong Chu, Shaohua Guo, Haoshen Zhou, Advanced cobalt-free cathode materials for sodium-ion batteries, Chem. Soc. Rev., 2021
DOI: 10.1039/d1cs00442e
https://doi.org/10.1039/d1cs00442e