1、研究背景:为锚定碳达峰碳中和目标,扎实推进能源绿色低碳转型,锂离子电池和钠离子电池被广泛研究并相继从实验室走向市场。随着电池技术的不断发展,新型高比容量电极材料的开发尤为重要。红磷因具有高比容量(2596 mA·h·g-1)和理想的锂/钠化电位(~0.7/0.4V)的综合优点,展现出应用于高能量密度锂/钠离子电池的潜力。然而红磷在商业化应用的道路中面临着众多的挑战,阻碍了其实际应用。因此,该综述文章系统总结了目前研究中红磷现存的问题及相应的解决方案,同时提出了红磷负极潜在的发展方向以加速高比容量红磷负极的发展。
图1. 红磷应用于锂/钠离子电池面临的基础问题 2、研究进展
1)红磷作为电极的活性物质,直接影响到电极的电化学性能。由于商业红磷大多呈现出无规则大尺寸的颗粒形貌(通常为几十微米),导致了在充放电过程中红磷因剧烈的体积变化发生颗粒破碎并失去电接触,从而失活。此外,大颗粒尺寸阻碍了离子在红磷体相的扩散,导致了缓慢的反应动力学。因此有必要结合红磷的纳米化以及中空/多孔的形貌设计来减小红磷体积膨胀时的内应力以及缩短离子的转移距离。目前的合成方法中,球磨法最为简便有效,可大规模制备纳米红磷,但是获得的红磷颗粒尺寸不均一且易团聚。升华冷凝法可将纳米红磷均匀地分布在多孔碳内部,但合成过程中易产生有害的白磷。湿化学法则更易获得具有中空/多孔形貌的纳米颗粒。颗粒尺寸和形貌的控制提高了红磷的电化学性能,进一步实现了红磷高比容量的应用前景。
图2. 湿化学合成红磷纳米颗粒的流程及微观形貌
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