4)为解决红磷材料的固有问题并提高其电化学性能,通常需引入大量的功能材料与红磷形成复合材料,同时导电添加剂、粘结剂以及集流体的存在则进一步降低了电极中红磷的占比,进而限制了电池能量密度的发挥。为了克服这一限制,自支撑的电极结构被提议和设计,从而消除了对导电添加剂、粘结剂和集流体的需求。目前,以石墨烯和碳纳米纤维为原料可制备自支撑电极膜,且在合成过程中便于与红磷结合形成复合材料。同时,该自支撑膜可直接切割成所需的电极尺寸用于电化学性能测试。此外,厚电极的设计也有助于提高电极的活性物质载量,但厚电极中离子的扩散极大程度影响了电极的电化学性能,成为了限制其性能发展的主要因素。研究表明电极中有效离子电导率与电极曲度呈负相关,低曲度厚电极设计有利于加速离子的传递,可进一步提高活性物质利用率和电极的能量密度,为实现高能量密度红磷电极提供了良好的解决方案。
图 5. 低曲度厚电极设计思路
3、研究展望:用于锂离子/钠离子电池的红磷负极材料在过去十年中的发展一直在稳步增长。然而,现有的研究大多只关注红磷电化学性能方面的提高,而忽略了其他方面的进步,致使其目前的研发仍处于初级阶段。因此,为了进一步探索RP的潜在应用促进其发展,该综述特提出了以下建议和挑战:
1). 目前,制备纳米红磷颗粒的方法较为有限,且这些制备方法具有局限性,如颗粒大小不均匀和残留有毒物质等。针对现有的合成方法需进一步改进,同时探索新的实验方案也尤为重要。
2). 目前的研究主要通过引入了各种缓冲材料来减轻红磷的体积膨胀。而开发合适的粘合剂和电解液可以减少电极对缓冲材料的需求,并为电极提供足够的保护, 同时提高电极中红磷的质量占比。
3). 红磷的储锂/钠过程并不明确,因此需要先进的表征技术来进一步探索这一领域,来加强对红磷在循环过程中的电化学行为的理解。
4). 对于红磷氧化生成的氧化层,尽管其具有较差的离子和电子导电性,但该惰性层可能提供有价值的保护作用。重新设计氧化层以增强红磷的界面稳定性,是一种潜在的研究方向。
5). 红磷同样面临着初始库仑效率低的问题,导致了红磷电极在初始放电过程中的不可逆容量损失。为了解决这个问题,必须采用先进的技术,如预锂化/预钠化来改善这一现象。
6).评估红磷与现有正极材料的相容性,以实现红磷的应用前景十分重要,因此有必要组装全电池并进行相关的电化学性能测)试。
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