上海大学JMCA: 低成本钠离子电池铁基正极材料的研究进展和应用前景- 大数跨境

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上海大学JMCA: 低成本钠离子电池铁基正极材料的研究进展和应用前景

科学材料站

2020-12-15

导读：该综述为铁基正极材料在钠离子电池中的实际应用提供了指导性的策略。对铁基正极材料的商业化前景做了系统的分析。

钠离子电池以其突出的电化学性能，低廉的价格被认为是最具吸引力的替代锂离子电池成为下一代可持续和大规模电化学储能系统的产品。在用于钠离子电池的各种正极材料中，铁基正极材料由于其丰富的原材料资源，低廉的价格，安全性和无毒特性，有望成为最适合大规模储能系统材料体系。

迄今为止，铁基正极材料在层状氧化物，聚阴离子化合物和普鲁士蓝类材料中已被广泛应用，因此对铁基正极材料的研究在钠离子领域具有很重要的意义。

上海大学可持续能源研究院/理学院张久俊&赵玉峰教授课题组，基于近期相关工作和已有的文献报道，系统综述并展望了铁基正极材料在钠离子电池中的研究进程。

文章系统地总结了铁基正极材料在层状氧化物，聚阴离子化合物和普鲁士蓝材料应用研究。文章主要从不同类别铁基正极材料结构设计、合成方法、电化学行为以及相应的电荷存储机制等方面进行了总结。

此外，文章还首次总结了Na-free铁基正极材料在钠离子电池正极中的应用。该综述对不同类别铁基正极材料的应用前景进行了系统的展望。其中层状氧化物中O3型铁基氧化物因具有更高的放电比容量和工作电压平台相对于P2相层状氧化物具有更高的商业化前景，但O3型氧化物在充放电过程会经历复杂的相变，这在一定程度上阻碍了其商业化的进程。聚阴离子型铁基材料具有较为稳定的框架结构，导致其优异的热稳定性和循环稳定性，其中具有NASICON结构的Na3Fe2(PO4)3在0.1 C时可提供100 mAh g-1的比容量,在2.5 V处具有非常平坦的平台。

NASICON结构的Na3Fe2(PO4)3具有和商业化LiFePO4很类似的电化学性，且具有出色的循环性能，经过500圈循环仍可以保持90%的容量保持率，非常适合大规模储能系统。此外，普鲁士蓝蓝类铁基材料Na2Fe[Fe(CN)6]具有约500 Wh/kg的比能量（相对于金属钠负极），这与Li/LiFePO4的比能量已经十分接近，具有非常潜在的应用价值。随着5G全球市场的迅速扩展，5G基站的能耗也将是十分巨大的，传统铅酸蓄电池愈发不能满足5G基站的能耗，而这些具有商业化前景的铁基钠离子电池在未来有望取代铅酸蓄电池成为5G基站主流的供电系统。

该综述为铁基正极材料在钠离子电池中的实际应用提供了指导性的策略。对铁基正极材料的商业化前景做了系统的分析。相关论文以Progress and Application Prospects in Advanced and Cost-effective Iron (Fe)-based Cathode Materials for Sodium-ion Batteries为题目在线发表于Journal of Materials Chemistry A上，第一作者为可持续能源研究院/上海大学环境与化学工程学院博士生王轩，通讯作者为上海大学可持续能源研究院/理学院赵玉峰和张久俊教授。