Angew. Chem. Int. Ed.：一種用以制備實用鈉離子電池高能量負極的P2-Na0.7CoO2微球

【引言】

全球源自可持續能源轉化為的電能需求的增長促進了廉價、高效儲能體系的發展。作為儲能方式之一的鈉電，由于低廉的價格、與商業化應用程度較高的鋰電相似的化學/電化學儲存機理和豐富的鈉離子儲量而備受關注。其中，負極材料成為限制鈉離子電池發展的一個關鍵點。層狀金屬氧化物因其豐富的儲量和多類電化學元素被認為是一類有望作為合適電化學負極的材料。層狀金屬氧化物可以分為兩類：O3和P2。O3材料具有穩定的能夠供Na⁺脫嵌的結構，但其比容量幾乎無法超過120mAhg^-1，P2類型的負極材料可以提供更高的比能量，但因其電化學反應過程中多相變化，循環穩定性通常無法得到保證。迄今為止，O3類型氧化物的改性多集中在活性金屬邊界和比例的調控，反應機理和結構分析的表征，鮮有在形貌對于電化學活性影響方面的研究。

【成果簡介】

新加坡南洋理工大學樓雄文課題組研究了一種通過兩步自模板法制備制備P2-Na_0.7CoO₂微球的方法。CoCO₃經由優化的水熱法和空氣中煅燒之后轉化為Co₃O₄微球。隨后在較高溫度下，Co₃O₄微球與一定量的Na₂CO₃反應生成P2-Na_0.7CoO₂。即使經過高溫煅燒，P2-Na_0.7CoO₂納米顆粒仍然能夠保持球面形貌。這種微球展現了優異的儲鈉性能，出色的倍率性能和循環性能。

【圖文導讀】

圖1 P2-Na_0.7CoO₂制備方法的示意圖

兩步法制備P2-Na_0.7CoO₂的圖文示意圖

圖2 P2-Na_0.7CoO₂微球的形貌結構表征

（a、b）CoCO₃微球（a）和Co₃O₄微球（b）的高分辨掃描電鏡圖片。

（c）P2-Na_0.7CoO₂的XRD譜圖。插入部分是P2-Na_0.7CoO₂對應的晶體結構。

（d-f）P2-Na_0.7CoO₂的高分辨掃描電鏡（d）、（e）和高分辨透射電鏡（f）圖像

圖3 P2-Na_0.7CoO₂的透射電鏡表征

?a）P2-Na_0.7CoO₂微球的普通電鏡照片和對應的元素面分布圖b）Na，c）Co，d）O元素。（a）中插圖部分是P2-Na_0.7CoO₂微球的X射線元素分布譜圖

圖4材料的電化學測試數據

a）s-NCO電極在0.1mVs-1掃速下的普通伏安曲線圖。

b）s-NCO電極在0.04C電流密度下的；普通充放電曲線圖。

c）s-NCO和i-NCO的倍率測試圖以及 d）在不同倍率電流下對應的電壓充放電圖像。

e）s-NCO和i-NCO在倍率為0.4C的電流密度下的循環性能以及s-NCO對應的庫倫效率（1C=125mAg^-1）

【小結】

課題組利用一種獨特的自模板法制備了多層金屬氧化物Na_xMO₂（M=Co，Mn，Fe）微球。這種方法首先包括了金屬碳酸鹽轉換為金屬氧化物，隨后氧化物在適合的溫度下轉化為Na_xMO₂。P2-Na_0.7CoO₂作為一種范例在本文中被提出。得益于結構的獨特性，材料具有搞的比容量（5mAg^-1條件下可達125 mAhg^-1），出色的倍率性能和長久的循環性能（300圈后保有量為86%）。

原文鏈接：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學術組東海木子供稿，材料牛整理編輯。

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