鈉基氧硫化合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和鈉離子電池的低成本應(yīng)用

隨著二次電池市場(chǎng)的大規(guī)模增長(zhǎng)和鋰資源的大量消耗，人們開(kāi)始尋求鋰電池的替代品。由于鈉資源豐富，價(jià)格低廉，分布廣泛，鈉離子電池逐漸成為儲(chǔ)能領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。由于Na/Na+的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)-2.71V與Li/Li+的標(biāo)準(zhǔn)電勢(shì)-3.04V接近，且二者的電池工作原理類似，因此科研人員可借鑒鋰離子電池中的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用于鈉離子電池。然而，鈉離子較大的離子半徑（Na+:1.02AvsLi+:0.76A）和較慢的動(dòng)力學(xué)速率，使商用的鋰離子電池負(fù)極材料——石墨在作為鈉離子電池負(fù)極時(shí)不能提供令人滿意的性能，因此開(kāi)發(fā)具有新型結(jié)構(gòu)的鈉離子電池負(fù)極材料顯得尤為重要。

近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所光電轉(zhuǎn)換材料與器件研究課題組與北京大學(xué)、浙江大學(xué)合作，在晶體結(jié)構(gòu)的功能導(dǎo)向性設(shè)計(jì)與新型儲(chǔ)能材料制備方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)基于“結(jié)構(gòu)功能區(qū)”的設(shè)計(jì)理念，制備出一種新型負(fù)極材料Na2Cu2.09O0.50S2，并獲得優(yōu)異的鈉離子存儲(chǔ)性能。Na2Cu2.09O0.50S2具有準(zhǔn)一維晶體結(jié)構(gòu)，其中[Cu4S4]鏈作為電子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元，使得樣品導(dǎo)電率高達(dá)0.5S/cm；Na4[CuO]鏈作為離子傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)單元，形成鈉離子快速傳導(dǎo)的通道。研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過(guò)球磨降低其晶粒尺寸，最終實(shí)現(xiàn)了高比容量（在0.2A/g時(shí)為588mAh/g）、優(yōu)異的倍率性能（在2A/g時(shí)為408mAh/g）與良好的循環(huán)性能（400個(gè)循環(huán)后容量保持率為82%）。基于“結(jié)構(gòu)功能區(qū)”的設(shè)計(jì)思路可為設(shè)計(jì)與制備新型電極材料提供新的可能。相關(guān)研究成果以BoostingtheStableNaStoragePerformancein1DOxysulfide為題發(fā)表于國(guó)際期刊《先進(jìn)能源材料》（AdvancedEnergyMaterials2019，DOI:10.1002/aenm.201900170），上海硅酸鹽所與浙江大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)博士研究生徐吉健為第一作者，研究員黃富強(qiáng)為通訊作者。

上述研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院、上海市科委等的資助。

結(jié)構(gòu)功能區(qū)示意圖與Na2Cu2.09O0.50S2負(fù)極材料的鈉離子電池性能