近日，中國科學院大連化學物理研究所儲能技術研究部研究員李先鋒、副研究員鄭瓊團隊和燕山大學唐永福教授團隊合作，在鈉/鋰離子電池電極儲能機理研究方面取得新進展。
近年來，鈉離子電池作為研究熱點得到了國內外廣泛關注，取得了快速發展。研究發現，具有較高Na+儲存性能和循環穩定性的電極材料，對于提高鈉離子電池的能量密度和倍率性能十分重要。
顆粒細化誘導提高鈉離子電池循環容量的機理示意圖
本工作中，研究團隊設計了一種珊瑚狀的FeP復合材料，該材料可錨定FeP納米顆粒，并將其均勻分散在氮（N）摻雜的三維（3D）碳骨架（FeP@NC）上。珊瑚狀FeP@NC復合材料具有較短的電荷轉移路徑和較高的導電氮摻雜碳網絡，可顯著改善復合材料的電荷轉移動力學。同時，由于FeP納米顆粒周圍具有高度連續的N摻雜碳骨架和彈性緩沖的石墨化碳層，基于FeP@NC復合材料的鈉離子電池（SIB）表現出優異的倍率性能和循環性能，在10A/g下經10000次循環后其容量保持率為82.0%。
更為重要的是，針對循環過程中電池容量逐漸上升的現象，研究團隊結合電化學研究和原位電鏡表征分析，證實了一種獨特的顆粒細化在循環過程中提高容量的作用機制，這種容量提升效果在小電流下表現得更為顯著。研究表明，均勻分布在氮摻雜碳基體上的FeP納米顆粒，在第一個循環中經歷了細化-復合過程，經過數次循環后呈現出全區域細化的趨勢，這種細化對周圍的非晶碳產生強烈的吸附作用，引起復合材料石墨化度和界面磁化強度逐漸增加，為Na+的存儲提供了更多的額外活性中心，進而提高了循環容量。這種容量提升機制也可以擴展到鋰離子電池（LIBs）。研究發現，在10A/g下，經5000次循環后，基于FeP@NC復合材料的LIBs的容量保持率為90.3%，超過了已報道的FeP基復合材料的容量保持率。
該研究提出了一種在循環過程中經顆粒細化誘導提高電池容量的新策略，為設計高性能的SIBs/LIBS負極材料提供了新思路。
相關成果以“A Coral-Like FeP@NC Anode with Increasing Cycle Capacity for Sodium-Ion and Lithium-Ion Batteries Induced by Particle-Refinement”為題，發表在《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。該工作的第一作者是大連化物所博士研究生王燦沛。上述研究工作得到國家自然科學基金、中科院青年創新促進會等項目的資助。
