【原文鏈接】
文 章 信 息
上海大學AEM：綠色合成過渡金屬磷化物，93%的超高初始庫侖效率和-40℃的低溫鈉離子電池性能
第一作者：劉一鳴，胡慶敏
通訊作者：趙玉峰
單位：上海大學、福州大學、上海交通大學
研 究 背 景
鈉離子電池（SIBs）因其可觀的能量密度和成本效益，被視為鋰離子電池的補充性替代方案。此外，較大的Na+尺寸賦予其優異的低溫脫溶劑化能力，即使在零下數十攝氏度的環境中仍能保持良好電化學性能。然而，低溫鈉離子電池的實際應用仍面臨電化學反應動力學遲緩和低溫下鈉枝晶生長加劇等挑戰，尤其在負極側表現顯著。目前，硬碳是鈉離子電池中研究最廣泛的負極材料，也是商業負極材料的首選。但硬碳負極充放電電位平臺低（<0.1 V vs. Na+/Na），以及其基于鈉團簇孔內沉積的儲鈉方式，會大幅增加鈉離子電池的安全隱患；同時硬碳平臺區緩慢的Na+傳輸動力學顯著限制了其倍率性能。更重要的是，現有硬碳材料的振實密度通常極低（≤0.9克·厘米?3），導致體積容量嚴重不足，這成為其大規模應用的主要瓶頸。基于轉化或合金反應的負極材料（如過渡金屬磷化物）可有效突破硬碳體積能量密度的限制，降低安全隱患，但仍需要解決初始庫侖效率（ICE）低、循環穩定性不足及低溫性能差等問題。
文 章 簡 介
基于此，上海大學趙玉峰/張久俊團隊通過綠色合成方法制備了氮摻雜碳量子點修飾的Cu3P納米顆粒，錨定于碳纖維（CF@Cu3P-CQDs）作為鈉離子電池（SIBs）負極材料，實現了高能量和低溫應用。該結構使電極/電解液之間接觸良好，促進了均勻致密的固體電解質界面膜的形成，從而實現了93%的高初始庫侖效率和1343 mAh·cm-3的體積容量。弛豫時間分布分析表明，CF@Cu3P-CQDs在電解液-固態電解質界面-電極材料界面之間具有快速的Na+傳輸能力和Na+擴散能力，這是其高倍率性能（0.1-50 C時容量為369-101 mAh·g-1）和低溫性能（-20/-40℃下0.1C時容量為368/350 mAh·g-1）的主要原因。此外，CF@Cu3P-CQDs直接與三種正極材料（P2型Na0.78Ni0.31Mn0.67Nb0.02O2、碳包覆的Na3V2(PO4)3和低成本的Na4Fe3(PO4)2P2O7）組裝成全電池且無需預鈉化處理。該工作為深入理解TMPs在充/放電過程中電子/離子傳輸動力學提供了基礎，為TMPs的實際應用奠定了基礎。該成果以“Green Synthesis of Cu3P to Achieve Low-Temperature and High Initial Coulombic Efficiency Sodium Ion Storage”為題發表在“Advanced Energy Materials”期刊。
文章鏈接
Liu, Y., Hu, Q., Shi, Q., Zhao, S., Hu, X., Feng, W., Xu, J., Zhang, J., & Zhao, Y. (2025). Green Synthesis of Cu?P to Achieve Low-Temperature and High Initial Coulombic Efficiency Sodium Ion Storage. Advanced Energy Materials, 2500723. https://doi.org/10.1002/aenm.202500723