Angew. Chem. Int. Ed.：一种用以制备实用钠离子电池高能量负极的P2-Na0.7CoO2微球

【引言】

全球源自可持续能源转化为的电能需求的增长促进了廉价、高效储能体系的发展。作为储能方式之一的钠电，由于低廉的价格、与商业化应用程度较高的锂电相似的化学/电化学储存机理和丰富的钠离子储量而备受关注。其中，负极材料成为限制钠离子电池发展的一个关键点。层状金属氧化物因其丰富的储量和多类电化学元素被认为是一类有望作为合适电化学负极的材料。层状金属氧化物可以分为两类：O3和P2。O3材料具有稳定的能够供Na⁺脱嵌的结构，但其比容量几乎无法超过120mAhg^-1，P2类型的负极材料可以提供更高的比能量，但因其电化学反应过程中多相变化，循环稳定性通常无法得到保证。迄今为止，O3类型氧化物的改性多集中在活性金属边界和比例的调控，反应机理和结构分析的表征，鲜有在形貌对于电化学活性影响方面的研究。

【成果简介】

新加坡南洋理工大学楼雄文课题组研究了一种通过两步自模板法制备制备P2-Na_0.7CoO₂微球的方法。CoCO₃经由优化的水热法和空气中煅烧之后转化为Co₃O₄微球。随后在较高温度下，Co₃O₄微球与一定量的Na₂CO₃反应生成P2-Na_0.7CoO₂。即使经过高温煅烧，P2-Na_0.7CoO₂纳米颗粒仍然能够保持球面形貌。这种微球展现了优异的储钠性能，出色的倍率性能和循环性能。

【图文导读】

图1 P2-Na_0.7CoO₂制备方法的示意图

两步法制备P2-Na_0.7CoO₂的图文示意图

图2 P2-Na_0.7CoO₂微球的形貌结构表征

（a、b）CoCO₃微球（a）和Co₃O₄微球（b）的高分辨扫描电镜图片。

（c）P2-Na_0.7CoO₂的XRD谱图。插入部分是P2-Na_0.7CoO₂对应的晶体结构。

（d-f）P2-Na_0.7CoO₂的高分辨扫描电镜（d）、（e）和高分辨透射电镜（f）图像

图3 P2-Na_0.7CoO₂的透射电镜表征

 a）P2-Na_0.7CoO₂微球的普通电镜照片和对应的元素面分布图b）Na，c）Co，d）O元素。（a）中插图部分是P2-Na_0.7CoO₂微球的X射线元素分布谱图

图4材料的电化学测试数据

a）s-NCO电极在0.1mVs-1扫速下的普通伏安曲线图。

b）s-NCO电极在0.04C电流密度下的；普通充放电曲线图。

c）s-NCO和i-NCO的倍率测试图以及 d）在不同倍率电流下对应的电压充放电图像。

e）s-NCO和i-NCO在倍率为0.4C的电流密度下的循环性能以及s-NCO对应的库伦效率（1C=125mAg^-1）

【小结】

课题组利用一种独特的自模板法制备了多层金属氧化物Na_xMO₂（M=Co，Mn，Fe）微球。这种方法首先包括了金属碳酸盐转换为金属氧化物，随后氧化物在适合的温度下转化为Na_xMO₂。P2-Na_0.7CoO₂作为一种范例在本文中被提出。得益于结构的独特性，材料具有搞的比容量（5mAg^-1条件下可达125 mAhg^-1），出色的倍率性能和长久的循环性能（300圈后保有量为86%）。

原文链接：A Practical High-Energy Cathode for Sodium-Ion Batteries Based on Uniform P2-Na0.7CoO2 Microspheres
（Angew. Chem. Int. Ed.，2017，DOI: 10.1002/anie.201702024 ） 

本文由材料人新能源学术组东海木子供稿，材料牛整理编辑。

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