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陳忠偉院士EER: 鈉離子電池電極材料表面涂層研究的進(jìn)展報(bào)告

鈉離子電池（SIB）是一種新興技術(shù)，被認(rèn)為是鋰離子電池（LIB）的未來替代品，特別是用于固定式儲(chǔ)能。然而，由于與Na⁺大尺寸相關(guān)的復(fù)雜性，SIBs的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能通常不足以用于商業(yè)應(yīng)用。與LIBs研究類似，涂層的開發(fā)是提高現(xiàn)有SIBs電極材料性能的基本途徑。

在此，加拿大滑鐵盧大學(xué)陳忠偉院士等人對(duì)應(yīng)用于SIBs插層正極和負(fù)極的涂層進(jìn)行了全面概述和比較，并根據(jù)其作用機(jī)制和沉積方法進(jìn)行了分類。具體而言，涂層可分為三大類：氧化還原惰性金屬涂層、導(dǎo)電碳涂層、核殼結(jié)構(gòu)涂層。同時(shí)，作者概述了將涂層應(yīng)用于電極材料的最常見方法，包括機(jī)械混合燒結(jié)、溶液澆鑄法、原位合成法、原子層沉積和化學(xué)氣相沉積等。進(jìn)一步，作者介紹了SIBs插層正極（層狀過渡金屬氧化物（TMO）正極、聚陰離子正極）和負(fù)極（鈦基化合物）的特定涂層改進(jìn)策略。

其中，分層TMOs應(yīng)用最佳厚度的氧化還原活性金屬涂層可在高截止電壓下持續(xù)提高循環(huán)穩(wěn)定性，金屬涂層對(duì)于穩(wěn)定依賴Mn³⁺/Mn⁴⁺氧化還原的正極特別有前景。相比之下，金屬涂層對(duì)倍率性能的影響更有爭議，倍率受阻的結(jié)果可通過涂層的電子和離子絕緣性能來解釋。

圖1. 涂層的一般分類

最后，作者討論了提高每種材料性能的有前景的涂層策略：

1）對(duì)于分層TMOs，作者鼓勵(lì)考慮顆粒形態(tài)、過渡金屬摻雜、涂層成分、保形性及電解液成分的綜合策略。開發(fā)（梯度）核殼結(jié)構(gòu)是一種很有前途的方法，可在不大幅降低放電容量的情況下提高穩(wěn)定性。此外，還應(yīng)描述電解液組成和涂覆涂層與CEI層穩(wěn)定性的關(guān)系。

2）對(duì)于插層負(fù)極，應(yīng)致力于更多金屬涂層研究以改善ICE并減少SEI層阻抗的累積。

3）同時(shí)，碳涂層/復(fù)合聚陰離子正極，尤其是NASICON型結(jié)構(gòu)的發(fā)展，在循環(huán)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)方面取得了出色的表現(xiàn)。因此，未來的工作必須集中在降低碳含量和形成高負(fù)載電極復(fù)合材料等方面，可通過同時(shí)應(yīng)用摻雜和缺陷工程方法來實(shí)現(xiàn)?？傊@些見解將指導(dǎo)高性能SIBs電極的合理設(shè)計(jì)。

圖2. 應(yīng)用涂層的常用方法

Recent Progress in Surface Coatings for Sodium-Ion Battery Electrode Materials, Electrochemical Energy Reviews 2022. DOI: 10.1007/s41918-022-00137-7

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